KR20110058777A - 톨루엔과 신가스로부터 스티렌을 제조하는 방법 - Google Patents

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조셉 이. 펠라티
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피나 테크놀러지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 스티렌의 제조 방법에 관한 것으로, 촉매를 함유하는 하나 이상의 반응기에서 톨루엔과 신가스를 반응시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 신가스는 메탄의 부분적인 산화 또는 스팀 개질에 의해, 또는 바이오매스 재료의 변환을 통해 생성될 수 있다. 촉매 조성물은 염기성 또는 중성일 수 있으며, 알칼리 원소, 알칼리토금속 원소, 희토류 원소, Y, Zr 및 Nb로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 촉진제를 함유할 수 있다. 생성물 스트림은 정제된 스티렌 생성물로 분리되고, 톨루엔은 반응기(들)로 재순환될 수 있다.

Description

톨루엔과 신가스로부터 스티렌을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCTION OF STYRENE FROM TOLUENE AND SYNGAS}
본 발명은 일반적으로 스티렌 제조에 관한 것이다.
스티렌은 많은 플라스틱의 제조에 사용되는 중요한 단량체이다. 스티렌은 탈수소화되어 스티렌을 제조하는 에틸벤젠을 만들어서 일반적으로 제조된다. 에틸벤젠은 대표적으로 벤젠의 알킬화를 수반하는 하나 이상의 방향족 변환 공정에 의해 생성된다.
대표적으로 분자체형 촉매를 사용하여 수행되는 방향족 변환 공정은 화학 공업에 널리 알려져 있다. 이러한 방향족 변환 공정은 에틸벤젠과 같은 알킬 방향족 화합물을 생성하기 위해 에틸렌에 의한 벤젠과 같은 방향족 화합물의 알킬화를 포함한다. 대표적으로, 모노알킬과 폴리알킬 벤젠의 혼합물을 제조할 수 있는 알킬화 반응기는 모노알킬 벤젠으로의 폴리알킬 벤젠의 변환용 트랜스알킬화 반응기와 결합될 것이다. 트랜스알킬화 공정은 증강된 에틸벤젠 함량 및 감소된 폴리알킬화 함량을 갖는 생성물을 제조할 수 있는 폴리알킬화된 방향족 분획의 불균화를 일으키는 조건에서 일어난다. 알킬화 공정과 트랜스알킬화 공정이 모두 사용되면, 각각 고유 촉매를 갖는 2개의 분리 반응기가 각각의 공정에 사용될 수 있다.
에틸렌은 대부분 에탄, 프로판, 부탄 또는 나프타와 같은 탄화수소의 열분해로부터 얻어진다. 에틸렌은 또한 다양한 정제 공정으로부터 생성되고 회수될 수 있다. 비교적 순수한 에틸렌의 생성을 위한 열분해 및 분리 기술은 전체 에틸벤젠 생성 비용의 상당한 부분의 원인이 될 수 있다.
벤젠은 톨루엔과 과량의 수소의 혼합물을 촉매의 존재하에 승온(예를 들어, 500℃ 내지 600℃)으로 가열하는 것을 수반하는 톨루엔의 수소화탈알킬화(hydrodealkylation)로부터 얻어질 수 있다. 이들 조건하에, 톨루엔은 화학 반응식: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4에 따라 탈알킬화를 일으킬 수 있다. 상기 반응은 에너지 입력을 필요로 하며, 상기 반응식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 부생성물로서 메탄을 생성하며, 이는 대표적으로 분리되고 공정용 가열 연료로서 사용될 수 있다.
상기 관점으로부터, 에틸렌의 공급원으로서 열분해기 및 고가의 분리 기술에 의존하지 않는 스티렌을 제조하는 공정을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 메탄을 생성하기 위해 톨루엔을 고유 비용과 하나의 탄소 원자의 손실로 벤젠으로 변환시키는 공정을 피하는 것을 바람직하다. 공급 스트림으로서 벤젠 및 에틸렌을 사용하지 않고 스티렌을 제조하는 것이 바람직하다.
대안적으로, 공동 공급물로서 메탄올 또는 메탄/산소를 사용하여 스티렌을 생성하기 위해 톨루엔이 사용되었다. 이론적으로, 메탄올(CH3OH) 및 톨루엔(C6H5CH3)이 아래 나타낸 바와 같이 서로 반응하여 스티렌, 물 및 수소 기체를 제조할 수 있다:
CH3OH + C6H5CH3 → C8H8 + H2O + H2
그러나, 실제로, 메탄올(CH3OH)은 종종 포름알데히드(CH2O) 및 수소 기체(H2)로 탈수소화된다. 종종, 톨루엔 변환율이 낮거나 메탄올이 너무 빠르게 반응하고, 메탄올에 대한 선택성은 공정을 경제적으로 제조아래 너무 낮다. 바람직하지 않은 부반응을 방지하기 위해, 메탄올을 사용하지 않으면서 스티렌을 제조하는 방법이 바람직하다.
본 발명의 실시예는 일반적으로 톨루엔과 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 합성 기체 또는 신가스를 반응시켜서 스티렌을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 제조하는 것을 포함하여 스티렌을 제조하는 방법을 포함한다. 제 1 생성물 스트림은 또한, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 물, 수소, 일산화탄소 또는 메탄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법은 제 1 생성물 스트림을 적어도 부분적으로 분리시켜서 스티렌 생성물 스트림을 제조하는 것으로 포함할 수 있다. 톨루엔은 제 1 생성물 스트림으로부터 분리되고 하나 이상의 반응기로 재순환될 수 있다.
하나 이상의 반응기는 톨루엔과 신가스를 반응시켜서 스티렌을 제조하는 촉매를 함유하는 반응 조건 하에 반응 영역을 가질 수 있다. 반응 영역 조건은 온도가 200℃ 내지 800℃이고, 압력이 1 atm 내지 400 atm 이상일 수 있다. 촉매는 염기성 또는 중성일 수 있고, 염기성 또는 중성 제올라이트 촉매일 수 있다.
방법은 탄소질 재료로부터 신가스를 제조하는 것을 포함한다. 신가스는 메탄의 부분적인 산화, 메탄의 스팀 개질 또는 이들의 조합에 의해 생성될 수 있다. 신가스는 또한 석탄의 부분적인 산화, 석탄의 스팀 개질 또는 이들의 조합 또는 대안적으로 바이오매스의 부분적인 산화, 바이오매스의 스팀 개질 또는 이들의 조합에 의해 생성될 수 있다. 신가스는 추가로 탄소질 재료의 기화시켜 생성될 수 있다.
본 발명은, 메탄올을 사용하지 않으면서 스티렌을 제조하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, 공정에서 신가스의 생성, 부생성물로부터 신가스의 분리(필요한 경우), 스티렌 스트림을 정제하기 위한 분리 장치로 전달되는 스티렌을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 생성하기 위한 신가스와 톨루엔의 반응에 의한 스티렌을 제조하기 위한 흐름도를 예시하는 도면.
도 2는, 신가스와 톨루엔을 반응시켜서 스티렌 스트림을 정제하기 위한 분리 장치로 전달되는 스티렌을 포함하는 생성물 스트림을 제조하는, 신가스와 톨루엔의 반응에 의한 스티렌을 제조하기 위한 흐름도를 예시하는 도면.
도 3은, 촉매 재생과 함께 연속 반응을 위한 능력을 갖는 본 발명의 실시예의 일면의 개략도.
톨루엔은 공동 공급물로서 신가스의 사용으로 스티렘을 생성하기 위해 사용되며, 여기에서 신가스는 톨루엔의 측쇄 알킬화에서 반응하여 스티렌을 생성한다.
본 발명에서, 스티렌은 아래 나타낸 바와 같이 스티렌(C8Hs) 및 물을 생성하기 위한 신가스(CO/H2)와 톨루엔(C6H5CH3)의 촉매 반응으로부터 제조될 수 있다:
C=O + H2 + C6H5CH3 → C8H8 + H2O
톨루엔과 신가스는 산성 촉매 상에서 자일렌을 제조하는 것으로 알려져 있고, 산 자리(acid site)는 고리 탄소를 활성화시키는 것으로 알려져 있다. 본 발명은 신가스를 활성화하기 위해 귀금속 또는 등가물과 또한 조합될 수 있는 염기성 또는 중성 촉매의 사용을 수반한다. 이러한 촉매는 상승된 온도와 압력(200℃ 내지 800℃ 및 1 atm 내지 400 atm)에서 톨루엔과 신가스로부터 스티렌을 제조할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 온도는 300℃ 내지 500℃이고, 압력은 50 atm 내지 200 atm일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 온도는 300℃ 내지 500℃이고, 압력은 1 atm 내지 100 atm일 수 있다.
신가스는 종종 암모니아 또는 메탄올의 생성에서와 같이 통상적 상업적 공정에 사용된다. 신가스를 생성하기 위한 많은 통상적 방식이 아래 기재되어 있다. 신가스는 촉매의 존재하에 메탄의 스팀 개질에 의해 천연 가스(메탄/CH4)로부터 생성될 수 있다:
CH4 + H2O → C=O + 3H2
부분적인 산화 공정은 또한 산소 결핍 환경에서 높은 온도와 압력에서 메탄으로부터 신가스를 제조하는 것으로 알려져 있다:
CH4 + 1/2 O2 → C=O + 2H2
메탄으로부터 신가스를 제조하는 또 다른 대안적인 방식은 스팀 개질과 함께 부분적인 산화를 통하는 것이다:
3CH4 + H2O + O2 → 3C=O + 7H2
정확한 조건하에서, 석탄 또는 코크스와 같은 탄소 공급원은, 예를 들어 석탄 기화 설비에서와 같이 물 및/또는 산소와 반응하여 신가스를 제조할 것이다. 석탄 기화 기술은 Shell, GE Energy 및 KBR(Kellogg Brown & Root LLC)과 같은 회사로부터 상업적으로 이용할 수 있다. 반응은 아래 나타내었다:
C + H2O → C=O + H2
C + 1/2 O2 → C=O
다른 탄소질 재료는 또한 신가스, 예를 들어 바이오매스, 오일셰일, 타르, 아스팔트, 열가소성 수지 및 고무와 같은 탄화수소계 중합체 재료, 석유 정제기 및 석유화학 플랜트로부터의 중탄화수소 슬러지 및 바닥 생성물 등의 생성에 사용될 수 있다.
이들 신가스 생성 공정 모두에서, 탄소가 산소와 반응하여 CO2를 생성하지 않는 것을 보장하는 것에 주의해야 한다.
탄소와 물이 반응하여 신가스를 생성한 후에, 신가스는 아래 나타낸 바와 같이 톨루엔(C6H5CH3)과 반응하여 스티렌(C8H8)과 물을 제조할 수 있다:
C=O + H2 + C6H5CH3 → C8H8 + H2O
상기 반응은 톨루엔과 신가스의 1:1 몰비를 가질 수 있고, 스티렌을 생성하기 위해 사용되는 다른 방법보다 더 적은 부생성물 및 바람직하지 않은 부반응으로 더 깨끗한 반응을 제공할 수 있다. 하나의 실시예에서, 생성되는 물은 신가스의 생성을 위한 반응 사이클로 재순환될 수 있다. 반응이 톨루엔과 신가스의 1:1 몰비를 갖지만, 공급 스트림의 비율은 본 발명 내에서 제한되지 않으며, 작업 조건 및 반응 시스템의 효율에 의존하여 변할 수 있다. 과량의 톨루엔 또는 신가스가 반응 영역에 공급되는 경우, 반응하지 않은 부분은 후속적으로 분리되고 공정 내로 다시 재순환될 수 있다. 하나의 실시예에서, 톨루엔:신가스의 비는 100:1 내지 1:100일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 톨루엔:신가스의 비는 50:1 내지 1:50; 20:1 내지 1:20; 10:1 내지 1:10; 5:1 내지 1:5; 2:1 내지 1:2일 수 있다.
신가스를 활성화하기 위해 귀금속 또는 등가물과 조합하여 톨루엔의 측쇄를 활성화하기 위한 염기성 또는 중성 촉매의 사용은 비제한적 예로 200℃ 내지 800℃ 및 1 atm 내지 200 atm의 압력과 같은 상승된 온도와 압력에서 톨루엔과 신가스로부터 스티렌을 제조해야 한다.
톨루엔과 신가스의 반응에 적합한 촉매는 비제한적인 예로, CuO; ZnO-CuO; ZnO-CuO-Al2O3; CuCr2O3; ZnCr2O3 또는 ZnO-CuO-Cr2O3와 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 촉매는 실리카 또는 티타니아와 같은 기재 상에 지지된 금속, 예를 들어 Ru; Rh; Ni; Co; Pd 또는 Pt를 포함한다. 이들은 또한 Mn, Ti, Zr, V, Nb, K, Cs 또는 Na과 같은 촉진제를 함유할 수 있다. 본 발명을 위해 사용될 수 있는 촉매의 또 다른 군은 MoS2; WS2; Mo2WS2; CoMoS2 또는 NoMoS2와 같은 황화물계 촉매를 포함한다. 이들 황화물 촉매는 K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, La 또는 Ce와 같은 촉진제를 포함할 수 있다.
상기 촉매는 알칼리, 알칼리토금속 및/또는 희토류 원소와 같은 첨가된 톨루엔 촉진제를 가질 수 있다. 첨가될 수 있는 다른 톨루엔 촉진제는 Y, Zr 및/또는 Nb를 포함한다.
측쇄 알킬화 선택성의 개선은 분자체 제올라이트 재료를 적절한 화학적 화합물로 처리하여 외부 산성 자리를 억제하고 고리 위치 상의 방향족 알킬화를 최소화시킴으로써 달성될 수 있다. 측쇄 알킬화 선택성의 또 다른 개선 수단은 측쇄 알킬화를 촉진하기 위해 촉매 구조에 대해 제한을 부과하는 것일 수 있다.
본 발명에 적합한 촉매 반응 시스템은 측쇄 알킬화 선택성을 위해 변형된 제올라이트 또는 비정질 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 비제한적 예는, 톨루엔과의 신가스 반응성을 촉진시킬 수 있는 Ru, Rh, Ni, Co, Pd, Pt, Mn, Ti, Zr, V, Nb, K, Cs 또는 Na 중 하나 이상으로 촉진된 제올라이트일 수 있다.
본 발명에 대한 촉매의 기본 재료로서 제올라이트 재료는 포우저사이트, 모오데나이트, 펜타실 등과 같은 규산염계 제올라이트 및 비정질 화합물을 포함할 수 있다. 규산염계 제올라이트는 서로 번갈아 있는 SiO2와 MOx 사면체로 이루어지고, 여기에서 M은 주기율표(새로운 IUPAC)의 1 내지 16족으로부터 선택된 원소이다. 제올라이트의 이들 유형은 8-, 10-, 또는 12-개의 산소 고리 채널을 갖는다. 본 발명에 적합한 제올라이트의 일례는 ZSM-5, ZSM-11, ZSM-22, ZSM-48, ZSM-57 등과 같은 10-, 12-개의 고리 제올라이트를 포함할 수 있다.
도 1은 상기 기술된 스티렌 생성 공정의 하나의 실시예에 대한 단순화된 블록 흐름도이다. 탄소질 재료(1)는 신가스를 제조하는 제 1 반응기와 같은 공정(2)에 공급된다. 공정(2)은 탄소질 재료를 신가스를 변환하는 부분적인 산화, 스팀 개질, 기화 또는 다른 공정을 제공한다. 공정(2)은 상기 언급된 신가스를 생성하기 위한 방법 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 하나 이상의 반응기를 포함한다. 공정(2)의 기체 생성물(3)은 분리 장치(4)로 전달되어, 신가스(7)가 공정(2)으로 재순환될 수 있는 바람직하지 않은 부생성물(6) 및 스티렌 생성 공정으로 부터 제거될 수 있는 원치않는 부생성물(5)로부터 분리될 수 있다. 분리 장치(4)는 스트림(3)의 성분을 분리하기 위해 서로 다른 조건에서 작동될 수 있는 하나 이상의 증류 칼럼과 같은 하나 이상의 분리 스테이지를 포함할 수 있다. 신가스 공급 스트림(7)은 톨루엔을 포함하는 공급 스트림(8)과 함께 반응기(9) 내로 첨가되어 스티렌을 포함하는 생성물 스트림(10)을 생성시킨다. 반응기(9)는 하나 이상의 반응기 및/또는 반응 영역을 포함할 수 있다. 반응기(9)로부터의 스티렌을 포함하는 생성물 스트림(10)은 분리 장치(11) 내로 전달되어, 물과 같은 원치않는 부생성물(15)이 스티렌으로부터 분리되고 공정으로부터 제거될 수 있거나, 물이 스팀 개질 공정에서와 같이 신가스의 생성에 사용되는 경우에 공정(2)으로 역으로 재순환될 수 있다. 분리 장치(11)는 스트림(10)의 성분을 분리하기 위해 서로 다른 조건에서 작동될 수 있는 하나 이상의 증류 칼럼과 같은 하나 이상의 분리 스테이지를 포함할 수 있다. 반응하지 않은 신가스(12) 및 반응하지 않은 톨루엔(13)은 분리되고 반응기(9) 내로 역으로 재순환될 수 있다. 스티렌 생성물 스트림(14)은 분리 장치(11)로부터 제거될 수 있으며, 필요한 경우, 추가 처리되거나 가공될 수 있다.
반응기와 분리기의 작동 조건은 시스템 특이적(system specific)이고, 공급 스트림 조성 및 생성물 스트림의 조성에 의존하여 변할 수 있다. 톨루엔과 신가스의 반응을 위한 반응기(9)는 비제한적 예로서, 200℃ 내지 800℃ 및 1 atm 내지 200 atm의 압력과 같은 상승된 온도와 압력에서 작동할 것이며, 염기성 또는 중성 촉매계를 함유할 것이다. 촉매계는 또한 신가스를 활성화하기 위한 귀금속 또는 등가물일 수 있다.
도 2는 스티렌 생성 공정의 하나의 대안적인 실시예에 대한 단순화된 블록 흐름도이다. 신가스 공급 스트림(7)은 톨루엔을 포함하는 공급 스트림(8)과 함께 반응기(9) 내로 첨가되어 스티렌을 포함하는 생성물 스트림(10)을 생성시킨다. 반응기(9)는 하나 이상의 반응기 및/또는 반응 영역을 포함할 수 있다. 반응기(9)로부터의 스티렌을 포함하는 생성물 스트림(10)은 분리 장치(11) 내로 전달되어, 물과 같은 원치않는 부생성물(15)이 스티렌으로부터 분리되고 공정으로부터 제거될 수 있거나, 물이 스팀 개질 공정에서와 같이 신가스의 생성에 사용되는 경우에 공정(2)으로 역으로 재순환될 수 있다. 분리 장치(11)는 스트림(10)의 성분을 분리하기 위해 서로 다른 조건에서 작동될 수 있는 하나 이상의 증류 칼럼과 같은 하나 이상의 분리 스테이지를 포함할 수 있다. 반응하지 않은 신가스(12) 및 반응하지 않은 톨루엔(13)은 분리되고 반응기(9) 내로 역으로 재순환될 수 있다. 스티렌 생성물 스트림(14)은 분리 장치(11)로부터 제거될 수 있으며, 필요한 경우에, 추가로 처리되거나 가공될 수 있다.
본 발명과 사용될 수 있는 반응기의 실시예는, 비제한적 예로서, 고정층 반응기; 유동층 반응기 및 분류층 반응기를 포함할 수 있다. 본원에 기술된 바와 같이 상승된 온도와 압력에서 작동할 수 있고 반응물과 촉매를 접촉시킬 수 있는 반응기가 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다. 특정 반응기 시스템의 실시예는 당업자에 의해서와 같이 특정 설계 조건 및 처리량을 기준으로 결정될 수 있으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의미하지 않는다. 본 발명에 사용될 수 있는 촉매 재생 능력을 갖는 유동층 반응기는 도 3에 도시되어 있다. 라이저를 사용하는 상기 유형의 반응기 시스템은 예를 들어 열 입력이 필요한 경우에 라이저를 절연 또는 가열하거나, 열 방출이 필요한 경우에 라이저를 냉각수로 재킷팅(jacketing)시킴으로써 필요에 따라 변현될 수 있다. 이들 설계는 또한 촉매를 출구 라인(도시되지 않음)으로부터 재생 용기로부터 배출시키거나 새로운 촉매를 작동 상태에 있는 시스템 내로 첨가함으로써, 공정을 작동 상태에 있게 하면서 촉매를 대체하기 위해 사용될 수 있다.
도 3은 촉매 재생과 함께 연속 반응에 대한 능력을 갖는 본 발명의 실시예의 개략도이다. 반응 공정(20)은 일반적으로 반응(21) 및 재생(22)을 위한 2가지 주요 영역을 포함한다. 반응 영역은 일반적으로 주요 반응 자리로서 수직 도관(vertical conduit) 또는 라이저(riser)(23)를 포함하고, 도관의 유출물은 분리 용기(24)로 불리는 대용량 공정 용기 내로 비워진다. 반응 라이저(23)에서, 톨루엔과 신가스와 같은 공급 스트림(25)은 반응기 조건에서 촉매의 비교적 큰 유동층일 있는 유동화 촉매와 접촉된다. 반응의 실질적 완결을 위해 필요한 라이저(23) 내에서의 촉매 및 탄화수소의 체류 시간은 특정 반응기 설계 및 처리량 설계를 위해 필요에 따라 변할 수 있다. 라이저(23)로부터 이탈하는 유동 증기/촉매 스트림은 라이저로부터 정상적으로 분리 용기(24)의 내부 및 상부에 위치한 사이클론(26)과 같은 고체-증기 분리 장치로 통과할 수 있다. 반응 생성물은 하나 이상의 사이클론(26)에 의해 증기 스트림에 의해 운반되는 촉매 부분으로부터 분리될 수 있으며, 생성물은 사이클론(26) 및 분리 용기(24)로부터 라인(27)을 통해 배출될 수 있다. 소비된 촉매는 분리 용기(24)의 하부에 위치한 스트립퍼(28)로 아래로 떨어진다. 촉매는 스트립퍼(28)에 연결된 도관(29)에 의해 재생 용기(24)로 전달될 수 있다.
촉매는 반응 영역(21)으로부터 재생 용기(22)로, 그리고 다시 반응 영역(21)으로 연속적으로 순환될 수 있다. 따라서, 촉매는 필요한 촉매 활성을 제공할 뿐만 아니라, 영역으로부터 영역으로의 열의 전달용 운반체로서 작용할 수 있다. 반응 영역(22)으로 전달되는 반응 영역(21)으로부터의 촉매는 "소비된 촉매(spent catalyst)"로 언급될 수 있다. "소비된 촉매"라는 용어는 촉매 입자에 의한 촉매 활성의 전체 결핍의 표시인 것으로 의도되지 않는다. 재생 용기(22)로부터 배출되는 촉매는 "재생된" 촉매로 언급될 수 있다. 촉매는 열과 재생 스트림(30)과의 접촉으로 재생 용기(22)에서 재생될 수 있다. 재생 스트림(30)은 산소를 포함할 수 있고, 스팀을 포함할 수 있다. 재생된 촉매는 라인(32)을 통해 재생 용기(22)를 제거할 수 있는 하나 이상의 사이클론(31)의 사용에 의해 재생 스트림으로부터 분리될 수 있다. 재생된 촉매는 라인(33)을 통해 라이저(23)의 하부 단면으로 전달되어, 다시 공급 스트림(25)과 접촉하게 되고, 라이저(23)를 상향 유동시킬 수 있다.
"~을 포함하는", "~을 갖는" 등의 보다 넓은 의미의 용어를 사용하는 것은, "~로 구성된", "로 필수 구성된", "실질적으로 ~로 구성된" 등과 같은 더 좁은 용어에 대한 지지를 제공하는 것으로 이해해야 한다.
"알킬"이라는 용어는 단일결합 탄소와 수소 원자만으로 구성된 작용기 또는 측쇄, 예를 들어 메틸 또는 에틸기를 의미한다.
"알킬화"라는 용어는 다른 분자에 알킬기를 첨가하는 것을 의미한다.
청구항의 어떤 요소에 대해 "선택적으로(optionally)"라는 용어를 사용하는 것은, 대상 요소가 필요하거나, 또한 대안적으로, 이것이 필요하지 않음을 의미하는 것으로 의도된다. 대안은 둘 모두 청구의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
"신가스(syngas)"라는 용어는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합물을 포함하는 합성 기체를 의미한다.
"트랜스알킬화"라는 용어는, 하나의 방향족 분자로부터 또 다른 분자로 알킬기를 전달하는 것을 의미한다.
"제올라이트"라는 용어는, 예를 들어 일반적으로 약간의 알루미늄, 붕소, 갈륨, 철 및/또는 타탄과 결합되어 있는 규산염 격자를 함유하는 분자체를 의미한다. 하기의 기술에서 그리고 본 명세서 전체에 걸쳐, "분자체" 및 "제올라이트"라는 용어는 거의 호환적으로 사용될 것이다. 당업자는 제올라이트와 관련한 설명이 또한 분자체로 불리우는 더욱 일반적인 부류의 재료에 적용될 수 있다.
문맥에 의존하여, 본원에서 "발명"에 대한 모든 언급은 일부 경우에 단지 특정 실시예를 언급할 수 있다. 다른 경우에, 이는 청구항 중 전부는 아니지만 하나 이상에서 인용되는 주제를 의미할 수 있다. 상기 설명은 본 특허에서의 정보가 이용할 수 있는 정보 및 기술과 조합될 경우에 당업자가 발명품을 제조하고 사용할 수 있도록 포함되는 본 발명의 실시예, 변형예 및 예에 관한 것이지만, 본 발명은 단지 이들 특정 실시예, 변형예 및 예에 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 그리고 추가의 실시예, 변형예 및 예는 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 구상될 수 있으며, 발명의 범위는 하기의 청구의 범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 스티렌을 제조하는 방법에 있어서,
    스티렌을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 생성하기 위한 반응 조건에 톨루엔과 신가스(syngas)를 도입하는 단계를
    포함하는, 스티렌 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반응 조건은 200℃ 내지 800℃의 온도와 1 atm 내지 400 atm의 압력에서 일어나는, 스티렌 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 스티렌을 생성하기 위해 톨루엔과 신가스를 반응시키기 위한 촉매를 함유하는 반응 조건에서 하나 이상의 반응기를 더 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 촉매는 염기성 또는 중성 촉매인, 스티렌 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 촉매는 염기성 또는 중성 제올라이트 촉매인, 스티렌 제조 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 촉매는 알칼리 원소, 알칼리토금속 원소, 희토류 원소, Y, Zr 및 Nb로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 촉진제를 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 생성물 스트림은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 물, 수소, 일산화탄소 또는 메탄 중 하나 이상을 더 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 스티렌 생성물 스트림을 생성하기 위해 상기 제 1 생성물 스트림을 적어도 부분적으로 분리하는 단계를 더 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 생성물 스트림으로부터 톨루엔을 분리하고, 상기 톨루엔을 하나 이상의 반응기로 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 탄소질 재료를 변환하여 신가스를 제조하는 단계를 더 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 탄소질 재료의 상기 변환은 메탄의 부분적인 산화, 메탄의 스팀 개질(steam reforming) 또는 이들의 조합을 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 탄소질 재료의 상기 변환은 석탄(coal) 또는 코크스(coke)의 부분적인 산화, 석탄 또는 코크스의 스팀 개질 또는 이들의 조합을 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  13. 제 10항에 있어서, 탄소질 재료의 상기 변환은 바이오매스(biomass)의 부분적인 산화, 바이오매스의 스팀 개질 또는 이들의 조합을 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  14. 스티렌을 제조하는 방법에 있어서,
    스티렌을 생성하기 위해 톨루엔과 신가스를 반응시키기 위한 촉매를 함유하는 반응 영역을 제공하는 단계와,
    스티렌을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 생성하기 위한 반응 조건 하에 반응 영역에서 톨루엔과 신가스를 반응시키는 단계와,
    스티렌 생성물 스트림을 생성하기 위해 상기 제 1 생성물 스트림을 적어도 부분적으로 분리하는 단계와,
    상기 제 1 생성물 스트림으로부터 반응하지 않은 톨루엔을 제거하고, 상기 반응하지 않은 톨루엔을 상기 반응 영역으로 재순환시키는 단계를
    포함하는, 스티렌 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 반응 영역 조건은 200℃ 내지 800℃의 온도와 1 atm 내지 400 atm의 압력 하에 있는, 스티렌 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 촉매는 염기성 또는 중성 촉매인, 스티렌 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 촉매는 염기성 또는 중성 제올라이트 촉매인, 스티렌 제조 방법.
  18. 제 14항에 있어서, 탄소질 재료의 부분적인 산화, 스팀 개질 또는 이들의 조합에 의해 신가스를 제조하는 단계를 더 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 탄소질 재료는 메탄, 석탄, 코크스, 바이오매스 또는 이들의 조합물 중 하나 이상을 포함하는, 스티렌 제조 방법.
  20. 스티렌을 제조하는 방법에 있어서,
    탄소질 재료를 기화시켜 신가스를 제조하는 단계와,
    스티렌을 생성하기 위해 톨루엔과 신가스를 반응시키기 위한 촉매를 함유하는 반응 영역을 제공하는 단계와,
    톨루엔과 신가스의 공급 스트림(feed stream)을 반응 영역에 제공하는 단계와,
    스티렌을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 생성하기 위해 200℃ 내지 800℃의 온도와 1 atm 내지 400 atm의 압력에서 톨루엔과 신가스를 반응 영역에서 반응시키는 단계와,
    스티렌 생성물 스트림을 생성하기 위해 상기 제 1 생성물 스트림을 적어도 부분적으로 분리하는 단계와,
    상기 제 1 생성물 스트림으로부터 반응하지 않은 톨루엔을 제거하고, 상기 반응하지 않은 톨루엔을 상기 반응 영역으로 재순환시키는 단계를
    포함하는, 스티렌 제조 방법.
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