KR20130004562A - 알켄 유도체의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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알베르토 가르시아
실뱅 제라르
니콜라 뒤퐁
장-뤽 뒤부아
세르지 트레작
나빌 틀릴리
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 알켄 유도체를 함유하는 하나 이상의 전환된 스트림을 수득하기 위해, 알칸 대 알켄의 비가 부피 기준으로 1 이상인 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 함유하는 스트림과, 주로 산소를 함유하는 스트림을 반응시키는 단계 (a); 단계 (a)에서 제조된 전환된 스트림을, 적어도, 적어도 상기 알켄 유도체를 함유하는 스트림, 및 주로 하나 이상의 탄화수소 및 하나 이상의 불활성 화합물을 함유하는 잔여 스트림으로 분리하는 단계 (b); 상기 잔여 스트림 전부 또는 일부를 투과시킴으로써, 주로 하나 이상의 불활성 화합물을 함유하는 하나 이상의 제1스트림 및 주로 하나 이상의 탄화수소를 함유하는 제2스트림으로 분리하는 단계 (c)를 포함하는, 하나 이상의 알켄 유도체를 함유하는 스트림의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

알켄 유도체의 제조 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING ALKENE DERIVATIVES}
본 발명은 알켄 유도체를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
알켄 유도체의 제조 공정에서는 일반적으로, 전환 공정의 하부스트림에서의 생성물의 분리 작업을 최소화하기 위해, 종종 95 중량％를 초과하는 매우 우수한 순도를 갖는 알켄 공급원료를 공급한다. 이러한 순도를 일반적으로, 알칸과 보다 낮은 순도의 알켄의 혼합물을 일반적으로 증류 또는 액체-액체 추출을 통해 정제함으로써 수득한다. 상응하는 정제 장치는, 특히 분리될 탄화수소들의 물성들(예를 들어 증류 분리의 경우 휘발성)의 차이가 작기 때문에, 상당한 자본 및 작업 비용을 초래한다.
문헌 US-B 6 667 409에는 알칸으로부터 알켄을 제조하는 공정을 알켄 유도체의 제조 공정에 도입시킴이 기술되어 있다. 여기에는 알켄 유도체의 제조 장치에 보내지는, 알켄을 풍부하게 갖는 공급원료를 수득하기 위해서, 알칸과 알켄을 분리함이 기술되어 있다. 이러한 사전 분리 작업은 에너지와 관련해서 고비용이다.
문헌 US-4 532 365 및 FR-A-2 525 212에는 알칸을 탈수소화시켜 상응하는 알켄, 수소, 탄소 산화물 및 미반응 알칸을 포함하는 혼합물을 형성함이 기술되어 있다. 알켄 유도체, 예를 들어 아크롤레인을 제조하기 위해서, 산소가 첨가된 이러한 혼합물을 산화 촉매 상에 보낸다. 이러한 유도체를 흡수를 통해 회수한 후에, 흡수기로부터 나온 기체 스트림을 탈수소화 단계로 재순환시킨다. 실제로, 여기서는 산소와 수소를 촉매 상에서 반응시킴으로써 수득한 스트림으로부터 산소를 제거할 것이 요구된다. 탄소 산화물은 세척액(예를 들어 아민 또는 탄산염)에 의해 흡수된다. 물리화학적 세척을 통한 탄소 산화물의 분리에서는 재생상 동안에 다량의 에너지가 소비되며, 처리되고 폐기될 폐기물(분해된 아민, 탄산염)이 생성된다. 또한, 문헌 US 4 532 635에서 사용된 분리 공정에서는 비-응축성 화합물, 예컨대 산소를 회수할 수가 없다. 후자는 더 이상 재순환될 수 없고, 따라서 손실되며, 이는 공정의 전체 비용에 영향을 미친다.
문헌 US 2006/004226 A1에는 프로판으로부터 아크롤레인 또는 아크릴산을 제조하는 공정이 개시되어 있다. 프로판을 불균일 촉매작용을 통해 탈수소화시키고, 부수적인 성분을 분리하고, 프로판 및 프로펜을 포함하는 기체 혼합물을 불균일 촉매작용을 통해 부분적으로 산화시켜 생성물을 포함하는 스트림을 형성한다. 후자를, 생성물 스트림과, 미전환 프로판 및 과량의 산소를 포함하는 또 다른 스트림으로 분리한다. 이러한 스트림을, 추가의 분리 없이, 탈수소화 단계로 재순환시킨다.
문헌 US-B-6 423 875에는, 프로판을 공기로 옥시탈수소화(oxydehydrogenation)시켜 프로필렌을 포함하는 혼합물을 형성하는, 프로판을 포함하는 공급원료 및 공기로부터 아크롤레인 또는 아크릴산 유도체를 제조하는 공정이 또한 개시되어 있다. 이어서 이러한 혼합물을 기체상 산화 공정으로 보냄으로써, 생성물을 포함하는 스트림을 형성한다. 후자를 생성물 스트림과, 미전환 프로판 및 불활성 화합물을 포함하는 또 다른 스트림으로 분리시킨다. 이러한 스트림을 옥시탈수소화 단계로 재순환시킨다. 미리, 극저온 증류를 통해, 질소 및 프로필렌의 비등점보다 낮은 비등점을 갖는 모든 성분을 제거한다. 사용된 증류는 고비용이고, 증류될 혼합물이 탄화수소 및 산소를 포함하기 때문에 안전성 문제를 일으킨다. 더욱이, 공기를 산화제로서 사용하면 전체 공정의 생산성이 제한된다.
문헌 US-5 646 304에는, PSA 유형, TSA 유형 또는 이 둘의 조합인 흡착 공정을 통한 분리 후에, 미전환 화합물, 즉 탄화수소를 재순환시키면서, 알켄을 순수 산소로써 산화시킴이 기술되어 있다. 이러한 공정은 반-배치식이고, 이는 공정의 제어를 복잡하게 하는 원인이다. 이러한 공정에는 고비용의 관리를 필요로 하는 수많은 밸브 및 마모 장치가 요구된다. 흡착제의 재생에는 외부 기체가 요구되고, 이는 처리되어야 할 유출 스트림을 생성한다. PSA/TSA 공정의 퍼지는 낮은 NCV(순발열량)를 갖기 때문에, 천연가스와 같은 높은 NCV를 갖는 연료를 첨가함으로써 소각된다. 특히 재압축상 동안, 흡착제 내에 탄화수소가 존재하는 경우에는, 산소의 과농축 위험도 있다. 흡착제 물질이 활성탄인 경우, 안전성 및 인화성과 관련해서 그 위험은 전혀 허용될 수 없는 정도가 된다. 또한, 아르곤은 전체 공정에 누적되는 경향이 있다.
본 발명의 목적은 전술된 단점 중 전부 또는 일부를 극복하는 것, 즉, 특히, 큰 자본 비용 없이 우수한 안전성 조건에서 에너지 소비 및 생산성과 관련해서 효율적인 방식으로 낮은 순도의 알켄 공급원료를 공급할 수 있는 알켄 유도체의 제조 공정 및 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해서, 본 발명은
- 적어도 알켄 유도체를 포함하는 하나 이상의 전환된 스트림을 수득하기 위해, 알칸 대 알켄의 비가 부피 기준으로 1 이상인 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림과, 주로 산소를 포함하는 스트림을 반응시키는 단계 (a);
- 단계 (a)로부터 유래된 전환된 스트림을, 적어도, 적어도 상기 알켄 유도체를 포함하는 스트림, 및 주로 하나 이상의 탄화수소 및 하나 이상의 불활성 화합물을 포함하는 잔여 스트림으로 분리하는 단계 (b); 및
- 상기 잔여 스트림 전부 또는 일부를 투과시킴으로써, 주로 하나 이상의 불활성 화합물을 포함하는 하나 이상의 제1스트림 및 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 제2스트림으로 분리하는 단계 (c)
를 포함하는, 하나 이상의 알켄 유도체를 포함하는 스트림의 제조 공정에 관한 것이다.
"주로"는, 여기서는 본 문헌 전체에서와 같이, 50 부피％ 이상을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 스트림은, 시간 단위 당 특정량의 유체를 의미하는 것으로 이해되며, 유체는 액체, 기체상 또는 2-상일 수 있다. 본 발명은 특히 기체상 스트림에 관한 것이다. 탄화수소는 알칸, 알켄, 또는 하나 이상의 알칸 및 하나 이상의 알켄을 포함하는 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다.
단계 (a)에서, 반응하는 스트림들 중 하나는 하나 이상의 알켄 및 적어도 그만큼의 부피의 알칸을 포함하며, 즉 알칸 대 알켄의 부피비는 1 이상이다. 문제의 알켄은 특히 에틸렌, 프로필렌 또는 이소부텐일 수 있다. 알칸은 전환 동안에 포함된 화학 반응에서 무반응성 또는 덜 반응성인 화합물이고, 예를 들어 메탄, 에탄, 프로판 또는 이소부탄일 수 있다. 이러한 알켄 스트림의 기타 성분은 이러한 동일한 반응에서 불활성인 화합물, 예컨대 질소 또는 아르곤일 수 있다. 기타 화합물은 물, CO 또는 CO2를 포함할 수도 있다. 반응을 공기를 사용하여 수행하는 것이 아니라, 주로 산소를 포함하는 스트림을 사용하여 수행한다. 바람직하게는, 이러한 스트림은 기체상이고 90 부피％ 이상의 산소를 포함한다. 따라서, 공기가 사용되는 경우보다 훨씬 더 적은 질소가 전환 장치 내로 도입된다.
스트림의 무반응 부분은 "기체 밸러스트(gas ballast)"라는 용어에 의해 표시된다. 기체 밸러스트의 구성성분은 화학 반응에 참여하지 않는다. 한편, 이것의 흥미로운 부분은, 그의 열용량(Cp), 즉 화학 반응에 의해 방출된 열을 포획하면서 온도 상승을 제한하는 능력에 있다.
바람직하게는, 기체 밸러스트는 10 부피％ 미만, 실제로는 심지어는 5 부피％ 미만의, 질소, 아르곤 및 이것들의 혼합물로부터 선택된 기체를 포함한다. 상기 알칸에 의해 형성된 큰 기체 밸러스트는 질소 밸러스트에 비해 몇몇 장점을 나타낸다.
첫 번째로, 이것은, 온도에 따라 비열용량(Cp)이 크게 증가함에 따라, 보다 우수한 열적 밸러스트를 생성하는데, 이는 질소의 경우에는 그렇지 않다. 또한, 이것은 단계 (a)에서 수행되는 반응 조건에서 특정 화학적 불활성을 갖고; 더욱이, 이것이 단계 (a)에서 반응하는 경우, 반응 생성물은 알칸을 갖지 않는 알켄 공급원료로부터 형성된 반응 생성물과 그의 본질에 있어 매우 유사하다. 끝으로, 이것은, 반응 혼합물을 보다 위쪽의 폭발 한계 위로 움직임으로써, 인화성 문제에 관한 혼합물의 조성의 제한 조건을 보다 쉽게 충족시킬 수 있게 한다. 주로 질소를 포함하는 밸러스트의 성질에 비해 이러한 밸러스트의 신규한 성질 덕분에, 공급원료 공급 단계 (a)는 부피 분율로서의 보다 많은 알켄을 포함할 수 있고, 이로써 전환의 생산성은 증가한다. 특히, 반응기 내의 온도가 동일할 때, 보다 많은 반응열이 기체 밸러스트에 의해 포획될 수 있다. 끝으로, 이러한 밸러스트의 열적 성질은 촉매층 내의 열점(hot spot)을 보다 잘 제어할 수 있게 하고 따라서 반응의 선택성을 향상시킬 수 있게 한다.
전환을 통해, 적어도, 제조하기를 원하는 상기 알켄 유도체를 포함하는 하나 이상의 전환된 스트림이 생성된다. 특히 알켄 유도체는 에틸렌 옥시드, 아크롤레인, 아크릴산, 메타크롤레인 또는 메타크릴산일 수 있다. 본 출원은 일반적으로 2 내지 4 개의 탄소를 포함하는 알켄의 모든 기체상 산화를 포함할 수 있다. 전환된 스트림의 기타 성분은 일반적으로 기타 화합물, 예컨대 CO, CO2, 물, 질소 및/또는 아르곤, 반응하지 않거나 전환 장치 내에서 완전히 반응하지는 않은 탄화수소를 포함한다. 알칸과 전환된 스트림의 기타 화합물의 혼합물은 전술된 장점을 나타내는 열적 기체 밸러스트를 구성한다.
단계 (a)를 멀티튜브 고정층 반응기 또는 유동층 반응기 또는 순환 유동층 반응기 또는 플레이트 반응기에서 사용할 수 있다.
단계 (b)에서는, 전환 스트림을, 제조하기를 원하는 알켄 유도체 또는 유도체들을 포함하는 하나 이상의 스트림 및 상기 기체 밸러스트 및 불활성 화합물을 포함하는 잔여 스트림으로 분리한다. 이러한 분리를, 알켄 유도체를 하나 이상의 용매, 예를 들어 물에 흡수시킴으로써 수행할 수 있다. 이러한 단계에서, 예를 들어, 단계 (a)로부터 유래된 스트림이, 칼럼의 최상부에서 도입되거나 기체상 내에 존재하는 가벼운 화합물(예를 들어 물)의 부분 응축에 의해 수득된 용매와 역류로 만나는 흡수 칼럼을 사용할 수 있다.
단계 (c)에서는, 이러한 잔여 스트림의 전부 또는 일부를, 선택적 투과 장치에서, 주로 전술된 불활성 화합물을 포함하는 하나 이상의 제1스트림 및 주로 탄화수소를 포함하는 제2스트림으로 분리한다. 후자를 일반적으로 단계 (a)에서 사용하기 위해 재순환시키고/시키거나 또 다른 장치(알칸의 탈수소화, 탄화수소 크래커 등)에서 사용하고/하거나 단순히 연료(보일러 노)로서 사용한다. 투과 장치는, 특정 화합물을 보유하는 반면에 다른 것들은 통과시키는 성질을 갖는 하나 이상의 반투과성 멤브레인을 사용한다. 원하는 순도에 따라, 여러 정제 단계를 사용하는 것이 필요하다는 것이 입증될 수 있다. 투과에 의한 분리를 일반적으로 10 bar(1 bar = 0.1 MPa) 오더의 압력 및 약 50 ℃의 온도에서 수행한다. 이러한 유형의 멤브레인 분리를, 폴리이미드, 셀룰로스 유도체 유형의 중합체, 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, 폴리에테르술폰, 폴리실록산, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤족사졸, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아조방향족 및 이러한 중합체들의 공중합체로부터 선택된 중합체로 이루어진 중공 섬유를 기재로 하는 물질을 통해 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 공정의 한 장점은 알칸 대 알켄의 부피비가 1 이상인 공급원료를 공급할 수 있다는 것이다. 알켄이 아닌 화합물은 주로 알칸으로 이루어진 기체 밸러스트를 형성한다. 일반적으로, 기체 밸러스트는 30 부피％ 이상의 알칸, 바람직하게는 50 부피％ 이상의 알칸을 포함한다. 이러한 공급물은 일반적으로 알칸/알켄의 분별증류를 위한 칼럼으로부터, 스팀 크래커 또는 촉매작용적 크래커(임의로 디올레핀의 수소화가 후속됨), 알칸의 탈수소화를 위한 장치로부터, 또는 기체 밸러스트의 재순환으로부터 유래된다. 알켄/알칸 공급원료는 알켄 유도체로의 전환을 위한 장치로 직접 보내진다. 알켄 유도체의 제조를 위한 장치 후의 투과에 의한 알칸 및 불활성 화합물(예를 들어 CO2)의 분리는, 높은 순도의 알켄 공급원료 및 알칸 스트림을 수득하는데 목표를 둔 전환 장치의 알켄 및 알칸 상부스트림의 통상적인 분리보다, 더 에너지 효율적이라는 장점을 나타낸다. 다른 말로 하자면, 낮은 순도의 알켄 공급원료 및 투과 장치를 사용하는 본 발명에 따른 공정은, 높은 순도의 알켄 공급원료를 사용하고 투과 단계를 사용하지 않는 통상적인 공정보다 더 낮은 에너지 비용을 들여서 알켄 유도체 및 알칸을 풍부하게 갖는 스트림을 제조할 수 있게 한다.
문헌 US 4 532 635에 기술된 공정과는 달리, 투과에 의한 분리 단계를 포함하는 본 발명에 따른 공정은, 추가의 에너지-소비 장치의 운영에 의존하지 않으면서도 대부분의 산소를 회수하고 탄소 산화물 및 아르곤을 제거할 수 있게 한다.
본 발명의 투과에 의한 분리는, 극저온 증류, 예컨대 문헌 US-B-6 423 875에 기술된 것보다 더 낮은 운영 비용을 들여서 탄화수소로부터 불활성 화합물을 선택적으로 분리할 수 있게 한다. 이는 투과에 의한 분리에 필요한 압력 및 온도가 전형적으로 10 bar(1 bar = 0.1 MPa) 및 50 ℃인 반면에, US-B-6 423 875에 기술된 바와 같은 극저온 증류에는 50 bar 초과의 압력, 및 정의 그대로, 극저온이 요구되기 때문이다. 더욱이, 투과에 의한 분리는, 연속적이고, (외부 기체를 소비하고, 처리되어야 할 유출물을 생성하는) 재생 단계를 필요로 하지 않고, 흡착 공정의 산소의 과도한 농축과 관련된 위험을 제공하지 않고, 끝으로, 낮은 비열을 갖기 때문에 열적 독소라고 간주되는, 공정 내에 누적되면 기체 밸러스트의 열적 성질을 손상시킬 수 있는 아르곤을 퍼징할 수 있게 한다는 장점을 나타낸다.
또한, 이것은 상부스트림에 위치한 알켄/알칸 분리 공정(예를 들어 분별증류 칼럼)의 크기를 감소시켜 비용을 감소시키고 심지어는 알켄 유도체의 제조 공정이 이러한 공급원료를 사용하는 유일한 공정의 경우에는 그마저 없앨 수 있다. 분별증류 칼럼의 운영 비용(알켄으로부터 알칸을 분리시키는 에너지)도 상당히 감소된다. 또 다른 장점은, 열적 밸러스트를 구성하는, 알칸을 풍부하게 갖는 기체 스트림에서 산화 반응을 수행한다는 사실에 있다. 이러한 산화를 이상적으로는, 질소(또는 기타 불활성 화합물)의 존재를 최소화하고 상기에서 언급된 열적 밸러스트의 장점으로부터 이득을 취하기 위해서, 주로 (50 부피％ 이상의) 산소, 바람직하게는 90 부피％ 이상의 산소를 포함하는 스트림을 사용하여 수행할 것이다.
특정 실시양태에 따르면, 본 발명은 하기 특성들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 상기 제2스트림의 0이 아닌(non-zero) 분획을 단계 (a)에서 사용한다. 이로써 단계 (a)에서 전환되는 알켄의 공급원료 내의 밸러스트의 부피분율을 증가시킬 수 있다. 이는 이러한 공급원료가 일반적으로 알칸/알켄의 분별증류 칼럼으로부터, 스팀 크래커 또는 촉매작용적 크래커(임의로 디올레핀의 수소화가 후속됨) 또는 알칸의 탈수소화를 위한 장치로부터 유래되기 때문이다. 알칸 대 알켄의 부피비는 일반적으로 1/20 내지 20이다. 이러한 공급원료 내의 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 상기 제2스트림의 재순환은 알칸 대 알켄의 부피비를 상향 조정할 수 있게 해 준다. 단계 (a)에서는, 전환 전에, 알칸 대 알켄의 부피비는 1 이상이어야 한다.
- 단계 (a)에서 사용되는 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 상기 스트림은 2 내지 20 부피％의 알켄을 포함한다. 바람직하게는 단계 (a)에서 사용되는 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 상기 스트림은 20 ％ 이상의 알칸을 포함한다.
- 공정은, 단계 (a) 전에, 적어도 단계 (a)에서 사용되는 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 상기 스트림을 수득하기 위해서, 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림을 주로 산소를 포함하는 스트림과 반응시키는 단계 (d)를 추가로 포함한다.
- 단계 (c)에서 수득된, 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 제2스트림의 0이 아닌 분획을 단계 (d)에서 반응시킨다.
- 공정은, 단계 (c)와 인접하게 그리고 그 전에, 주로 하나 이상의 탄화수소 및 하나 이상의 불활성 화합물을 포함하는 상기 잔여 스트림 내에 임의로 존재하는 일산화탄소를 촉매작용적으로 산화시켜 이산화탄소를 제공하는 단계 (f)를 추가로 포함한다. 단계 (f)는 상기 잔여 스트림 전부 또는 일부와 관련될 수 있다.
- 공정은, 단계 (c)와 인접하게 그리고 그 후에, 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 상기 제2스트림 내에 임의로 존재하는 일산화탄소를 촉매작용적으로 산화시켜 이산화탄소를 제공하는 단계 (g)를 추가로 포함한다. 단계 (g)는 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 상기 제2스트림 전부 또는 일부와 관련될 수 있다.
- 상기 알켄은 주로 프로필렌을 포함하고 바람직하게는 프로필렌이며, 상기 알칸은 주로 프로판을 포함하고 바람직하게는 프로판이며, 상기 알켄 유도체는 아크롤레인 및/또는 아크릴산이다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 주로 탄화수소, 전형적으로 알칸을 포함하는, 멤브레인 분리로부터 유래된 제2스트림의 0이 아닌 분획을 단계 (a)에서 사용할 수 있다. "0이 아닌 분획"은 0 ％를 초과하고 100 ％까지 이를 수 있는 임의의 분획을 의미하는 것으로 이해된다. "사용되는"은 문제의 스트림 분획이 반응물로서 또는 수동적인 화합물로서, 열적 또는 화학적 밸러스트의 가능한 역할을 갖고서 반응에 참여함을 의미한다.
전환될 낮은 순도의 알켄은 옥시탈수소 공정, 또는 상응하는 알칸의 산화성 탈수소화 또는 탈수소화 공정으로부터 유래될 수 있다. 이로써 알칸을 상응하는 알켄으로 부분 전환시킬 수 있고 알칸을 풍부하게 갖는 공급원료를 사용하여 알켄을 전환시키는 공정을 제공할 수 있다. 투과에 의한 분리로부터 유래된 미전환 탄화수소는 알칸의 산화성 또는 비-산화성 탈수소화를 위한 장치에서 사용될 수 있다. 그러나, 그 대신에, 알칸을 풍부하게 갖는, 주로 탄화수소를 포함하는 제2스트림은, 알칸의 산화성 또는 비-산화성 탈수소화 공정에서 임의의 오염 또는 부반응을 방지하는 것을 목표로 하는 투과에 의한 분리 후의 임의의 기타 후속 정제를 사용하지 않기 위해서, 단계 (a)에서 알켄의 전환을 위한 반응 또는 기타 공정(크래킹, 노 등)으로 직접 보내질 것이다.
단계 (f) 및 (g)의 목표인 CO의 산화를 멤브레인 분리와 병행할 수도 있고, 분리를 그 다음 사이클에서 수행한다. 이로써, 이 경우에는, CO 전환기의 크기를 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 또한,
- 알켄을 알켄 유도체로 전환시키기 위한 장치;
- 상기 전환 장치에 유체공학적으로 연결된, 2 내지 20 부피％의 하나 이상의 알켄을 포함하는 스트림의 공급원;
- 상기 전환 장치에 유체공학적으로 연결된, 주로 산소를 포함하는 스트림의 공급원;
- 상기 전환 장치의 출구에 유체공학적으로 연결된 분리기; 및
- 상기 분리기의 출구에 유체공학적으로 연결된, 투과에 의한 분리를 위한 장치
를 포함하는, 하나 이상의 알켄 유도체를 포함하는 스트림의 제조를 위한 설비에 관한 것이다.
"유체공학적 연결" 또는 "유체공학적으로 연결된"이란 물질 스트림을 수송할 수 있는 파이프의 시스템을 통해 연결됨을 의미한다. 이러한 연결 시스템은 밸브, 중간 저장 탱크, 측부 출구, 열교환기 및 압축기를 포함할 수 있지만 화학 반응기를 포함하지는 않는다.
특정 실시양태에 따르면, 본 발명의 설비는 하기 특성들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 설비는 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치의 출구와 상기 전환 장치 또는 주로 하나 이상의 알켄을 포함하는 스트림의 상기 공급원 사이에 유체공학적 연결부를 포함한다.
- 설비는 상기 분리기의 출구와 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치의 출구 사이에 유체공학적 연결부를 포함한다.
- 2 내지 20 부피％의 하나 이상의 알켄을 포함하는 스트림의 상기 공급원은 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림의 공급원 및 주로 산소를 포함하는 스트림의 공급원에 유체공학적으로 연결된 옥시탈수소화 반응기; 또는 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림의 공급원에 유체공학적으로 연결된 탈수소화 반응기를 포함한다.
- 설비는 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치의 출구와 상기 옥시탈수소화 또는 탈수소화 반응기, 또는 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림의 상기 공급원 사이에 위치한 재순환 수단을 포함한다.
- 설비는 상기 분리기 및 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치에 유체공학적으로 연결된, 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매작용적으로 전환시키기 위한 장치를 포함한다.
- 설비는 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치의 출구에 유체공학적으로 연결된, 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매작용적으로 전환시키기 위한 장치를 포함한다.
옥시탈수소화 또는 탈수소화 반응기의 임의적 재순환 상부스트림은, 알칸의 공급원에서 또는 이로부터 유래된 (상기 공급원과 산화성 탈수소화 반응기 사이의) 스트림에서 또는 산화성 탈수소화 반응기에서 직접 일어날 수 있다.
기타 독특한 특징 및 장점을, 본 발명에 따른 장치의 한 예를 도시하는 도식적이고 부분적인 도면을 대표하는 도 1에 관한 하기 설명을 읽고서, 명백하게 알게 될 것이다.
도 1은 낮은 순도(2 내지 98 ％)의 알켄, 예를 들어 프로필렌 및 프로판 밸러스트를 제조하는 반응기(15)를 나타낸다. 이것은, 99 부피％의 순도의 산소로써 프로필렌을 산화시킴으로써 아크릴산을 제조하는 장치 (2)로 주입되는 스트림 (1)을 형성하는, 재순환된 스트림 (10)과 혼합된, 공급원료(23)를 제공한다. 이로부터 아크릴산을 포함하는 스트림 (3)이 나온다. 이러한 스트림 (3)은 분리기(4)에서 아크릴산의 스트림 (5) 및 주로 프로판 및 CO2를 포함하는 스트림으로 분리된다. 이러한 스트림은 투과에 의한 분리 장치 (7)로 부분적으로 보내어지거나(분리 장치 (7)로 보내어지는 스트림 (6) 및 분리 장치를 우회하는 스트림 (24)) 또는 완전히 보내어진다(스트림 (6)). 미리, 응축을 수행하여 기타 구성성분(스트림 (27))으로부터 (주로) 물을 분리할 수 있다. 분리 장치 (7)은, 스트림 (8) 내의, 장치 (2) 및 장치 (21) 및 (22)에서 제조된 CO2를 퍼징하기에 충분한 개수의 폴리에테르이미드 중공 섬유를 기재로 하는 멤브레인을 포함한다. 스트림 (6)은 높은 압력(예를 들어 10 bar)에서 반투과성 멤브레인을 포함하는 장치 (7)로 공급된다. 스트림 (6) 내에 존재하는 화합물은 용해되어 장치 (7)의 중합체 섬유 전체에 걸쳐 상이한 비로 확산되어, 우선적으로는, 빠른 화합물이 섬유를 통과하고 멤브레인의 저압부에서 다시 만나서, 투과물 스트림으로서 공지된 퍼지를 구성할 것이다. 느린 화합물은 고압부 상에 잔류할 것이며 스트림 (9)를 구성할 것이다. 스트림 (8)은 CO2(스트림 6으로부터 퍼징되어야 하는 주요 불활성 화합물)를 포함하고 스트림 (9)는 프로판을 포함한다. 0이 아닌 분획 (10)은 스트림 (23)과 혼합되어 전환 장치 (2)로 보내지는 스트림 (1)을 형성한다. 스트림 (9)의 0이 아닌 분획 (11)은 하나 이상의 사용자 장치로 보내지고/지거나 단순히 연료로서 사용된다.
반응기 (15)에서는 공급원 (16)으로부터 유래된 프로판을 포함하는 스트림 (14)의 옥시탈수소화가 수행된다. 이러한 옥시탈수소화는 공급원 (20)으로부터 유래된 주로 산소를 포함하는 스트림 (17)을 필요로 한다. 스트림 (9)의 0이 아닌 분획 (18)은 스트림 (14)로 주입되거나 옥시탈수소화 반응기 (15)로 직접 주입된다. 스트림 (23)은 프로필렌 및 프로판을 포함한다. (15)와 (16)과 (20)의 조합은 스트림 (1)을 공급하는 공급원 (12)의 일부를 형성한다.
스트림 (6)은, 투과에 의한 분리 장치 (7)로 들어가기 전에, 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매작용적으로 전환시키기 위한 장치 (21)에서 처리된다. 이러한 공정에 대한 대안으로서, 장치 (21)을 사용하여 스트림 (6)을 처리하는 대신에 장치 (22)를 사용하여 스트림 (9)에서 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매작용적으로 산화시키는 것이 고려된다. 스트림 (6) 및 (9) 전체에 대해 이러한 촉매작용적 전환(장치 (21) 및 (22))을 수행하는 것은 반드시 필요한 것은 아니다. 따라서 스트림 (25) 및 (26)에 의해 도식적으로 나타내어진 우회로가 가능하다. 스트림 (24)에 대해 평행한 스트림 형태의, CO 전환기가 장착된 우회로를 사용할 수도 있다.
<실시예 1>
분리 장치 (7)의 상부스트림에 위치한 일산화탄소 전환기 (21)
언급된 몰 유속, 압력 및 온도 조건에서 발생한 주스트림의 몰 조성이 표 1에 명시되어 있다.
Figure pct00001
<실시예 2>
분리 장치 (7)의 상부스트림에 위치한 일산화탄소 전환기 (21)
언급된 몰 유속, 압력 및 온도 조건에서 발생한 주스트림의 몰 조성이 표 2에 명시되어 있다.
Figure pct00002
상기 표에서, 압력은 절대 바(bar absolute)로 표시된다.

Claims (13)

  1. - 적어도 알켄 유도체를 포함하는 하나 이상의 전환된 스트림 (3)을 수득하기 위해, 알칸 대 알켄의 비가 부피 기준으로 1 이상인 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림 (1)과, 주로 산소를 포함하는 스트림 (13)을 반응시키는(2) 단계 (a);
    - 단계 (a)로부터 유래된 전환된 스트림 (3)을, 적어도, 적어도 상기 알켄 유도체를 포함하는 스트림 (5), 및 주로 하나 이상의 탄화수소 및 하나 이상의 불활성 화합물을 포함하는 잔여 스트림 (6)으로 분리하는(4) 단계 (b); 및
    - 상기 잔여 스트림 (6) 전부 또는 일부를 투과시킴으로써, 주로 하나 이상의 불활성 화합물을 포함하는 하나 이상의 제1스트림 (8) 및 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 제2스트림 (9)로 분리하는(7) 단계 (c)
    를 포함하는, 하나 이상의 알켄 유도체를 포함하는 스트림 (5)의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 상기 제2스트림 (9)의 0이 아닌 분획 (10)을 단계 (a)에서 사용함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 (a)에서 사용되는 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 상기 스트림 (1)이 2 내지 20 부피％의 알켄을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 전에, 적어도 단계 (a)에서 사용되는 하나 이상의 알켄 및 하나 이상의 알칸을 포함하는 상기 스트림 (1)을 수득하기 위해서, 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림 (14)를 주로 산소를 포함하는 스트림 (17)과 반응시키는 단계 (d)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 단계 (c)에서 수득된, 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 제2스트림 (9)의 0이 아닌 분획 (18)을 단계 (d)에서 반응시킴을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 단계 (c)와 인접하게 그리고 그 전에, 주로 하나 이상의 탄화수소 및 하나 이상의 불활성 화합물을 포함하는 상기 잔여 스트림 (6) 내에 임의로 존재하는 일산화탄소를 촉매작용적으로 산화시켜(21) 이산화탄소를 제공하는 단계 (f); 및/또는
    - 단계 (c)와 인접하게 그리고 그 후에, 주로 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 상기 제2스트림 (9) 내에 임의로 존재하는 일산화탄소를 촉매작용적으로 산화시켜(22) 이산화탄소를 제공하는 단계 (g)
    를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알켄이 주로 프로필렌을 포함하고 바람직하게는 프로필렌이며, 상기 알칸이 주로 프로판을 포함하고 바람직하게는 프로판이며, 상기 알켄 유도체가 아크롤레인 및/또는 아크릴산임을 특징으로 하는 방법.
  8. - 알켄을 알켄 유도체로 전환시키기 위한 장치 (2);
    - 상기 전환 장치 (2)에 유체공학적으로 연결된(1), 2 내지 20 부피％의 하나 이상의 알켄을 포함하는 스트림의 공급원 (12);
    - 상기 전환 장치 (2)에 유체공학적으로 연결된(13), 주로 산소를 포함하는 스트림의 공급원 (19);
    - 상기 전환 장치 (2)의 출구 (3)에 유체공학적으로 연결된 분리기 (4); 및
    - 상기 분리기 (4)의 출구 (6)에 유체공학적으로 연결된, 투과에 의한 분리를 위한 장치 (7)
    을 포함하는, 하나 이상의 알켄 유도체를 포함하는 스트림 (5)의 제조를 위한 설비.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치 (7)의 출구 (9)와 상기 전환 장치 (2) 또는 주로 하나 이상의 알켄을 포함하는 스트림의 상기 공급원 (12) 사이에 유체공학적 연결부 (10)를 포함함을 특징으로 하는 설비.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 분리기 (4)의 출구와 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치 (7)의 출구 (9) 사이에 유체공학적 연결부 (24)를 포함함을 특징으로 하는 설비.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 2 내지 20 부피％의 하나 이상의 알켄을 포함하는 스트림의 상기 공급원 (12)이, 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림의 공급원 (16)에 유체공학적으로 연결되고 (14) 주로 산소를 포함하는 스트림의 공급원 (20)에 유체공학적으로 연결된 (17) 옥시탈수소화(oxydehydrogenation) 반응기 (15); 또는 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림의 공급원 (16)에 유체공학적으로 연결된 (14) 탈수소화 반응기 (15)를 포함함을 특징으로 하는 설비.
  12. 제11항에 있어서, 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치 (7)의 출구 (9)와 상기 옥시탈수소화 또는 탈수소화 반응기 (15), 또는 주로 하나 이상의 알칸을 포함하는 스트림의 상기 공급원 (16) 사이에 위치한 재순환 수단 (18)을 포함함을 특징으로 하는 설비.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리기 (4) 및 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치 (7)에 유체공학적으로 연결된, 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매작용적으로 전환시키기 위한 장치(21); 및/또는 상기 투과에 의한 분리를 위한 장치 (7)의 출구 (9)에 유체공학적으로 연결된, 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매작용적으로 전환시키기 위한 장치(22)를 포함함을 특징으로 하는 설비.
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