KR20140067564A - Process for production of olefins - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing olefin. The method for producing olefin according to one embodiment of the present invention includes: a step of separating C5 mixture oil into a first stream and a second stream; a step of generating a third stream containing dicyclopentadiene; a step of separating the third stream into a fourth stream and a fifth stream; a step of collecting a stream and a residual stream; a step of collecting isoprene from the fifth stream; and a step of converting the first stream into a stream including ethylene and propylene.

Description

올레핀 제조방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF OLEFINS}PROCESS FOR PRODUCTION OF OLEFINS [0002]

본 발명은 올레핀 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 혼합 유분으로부터 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing olefins, and more particularly, to a process for producing olefins having 2 to 5 carbon atoms from C5 mixed olefins produced after a naphtha cracking process.

에틸렌, 프로필렌 등의 경질 올레핀은 석유화학 제품의 핵심적인 기초 원료로서 전 세계적으로 수요가 증가하는 추세이며, 산업적으로 매우 큰 중요성을 갖고 있다. 일반적으로 경질 올레핀은 천연가스, LPG, 납사(naphtha), 경우(gas oil), 원유(crude oil), 에틸알콜(ethyl alcohol) 등의 다양한 원료로부터 크래킹(cracking), 올리고머화(methane oligomerization), 탈수소화(dehydrogenation) 등의 공정을 거쳐 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 현재까지 공업적인 용도의 경질 올레핀은 대부분 납사의 열분해반응 즉, 납사 크래킹(naphtha cracking)에 의해 생산되고 있다.Light olefins such as ethylene and propylene are the core raw materials of petrochemical products and their demand is increasing worldwide, and they are of great importance in industry. Generally, light olefins are cracked from various raw materials such as natural gas, LPG, naphtha, gas oil, crude oil, ethyl alcohol, etc., It is known that it can be produced through processes such as dehydrogenation and the like. However, up to now, light olefins for industrial use are mostly produced by naphtha cracking, ie, naphtha cracking reaction.

납사 크래킹이란 원유의 상압 증류장치에서 얻은 납사를 800℃ 이상의 고온에서 열분해하여 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, BTX 등을 생산하는 반응으로서, 석유화학공업에서 가장 중요한 공정 중의 하나로 알려져 있다. 납사 크래킹에 의해서는 주로 경질 올레핀인 에틸렌과 프로필렌이 생성되며, C4 유분, C5 유분, BTX 등의 다양한 부산물 또한 함께 생성되는 것으로 알려져 있다. 이 중에서도 C4 유분은 접착제 및 합성고무의 기초 유분으로 활용되며, C6 이상의 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 등은 합성섬유의 핵심적인 원료로 사용되나, C5 유분은 현재까지 그 수요나 활용처가 명확하지 않아 납사 크래킹 센터로 재순환되거나, 휘발유 첨가제 등의 저부가가치를 갖는 용도로 사용되고 있는 실정이다. 이하, 현재까지 알려진 납사 크래킹 유분 등 탄화수소 혼합물로부터 유용 원료를 수득하는 방법을 개시하고 있는 선행기술에 관해 살펴본다.Naphtha cracking is one of the most important processes in the petrochemical industry as a reaction to produce ethylene, propylene, butylene, and BTX by pyrolysis of naphtha obtained from a crude oil atmospheric distillation apparatus at a high temperature of 800 ° C or higher. Naphtha cracking mainly produces light olefins, ethylene and propylene, and it is known that various byproducts such as C4 fraction, C5 fraction, and BTX are produced together. Among them, C4 oil is used as a base oil for adhesives and synthetic rubbers, and C6 or higher benzene, toluene and xylene are used as core raw materials of synthetic fibers, The demand and the application site are not clear, so they are recycled to the naphtha cracking center or used for applications having low added value such as gasoline additives. Hereinafter, the prior art disclosing a method for obtaining a useful raw material from a hydrocarbon mixture such as naphtha cracking oil or the like known so far will be described.

미국등록특허 제6,395,953호는 C4 또는 C5 탄화수소에서 물과 아미드 혼합물을 용매로 사용하여 디엔 화합물의 중합을 억제하고 고순도로 부타디엔과 이소프렌을 정제하는 방법을 제안하고 있으나, 이소프렌 또는 부타디엔 이외의 유분 활용에 대해서는 언급하지 않고 있다.U.S. Patent No. 6,395,953 proposes a method for purifying butadiene and isoprene in high purity by inhibiting the polymerization of diene compounds using a mixture of water and an amide in C4 or C5 hydrocarbons as a solvent. However, in the utilization of oils other than isoprene or butadiene .

미국등록특허 제4,009,084호는 N-포르밀 모르포린(N-formyl morpholine)을 사용하여 C5 유분에서 이소프렌과 부타디엔을 추출증류하는 방법을 제안하고 있으나, 과량의 추출제를 사용하는 문제가 있으며 역시 이소프렌 이외의 유분 처리에 관해서는 언급하지 않고 있다.U.S. Patent No. 4,009,084 proposes a method of extracting and distilling isoprene and butadiene from C5 oil using N-formyl morpholine, but there is a problem of using an excessive amount of an extractant, No other oil treatment is mentioned.

미국등록특허 제5,898,091호는 C4 및 C5 탄화수소 혼합물내 선택적 수소화를 통해 이소올레핀과 내부올레핀으로 전환한 후, 이 중 이소올레핀을 알코올과 반응시켜 에테르를 합성하고, 내부올레핀과 에틸렌을 복분해하여 프로필렌을 생산하는 공정을 제안하고 있으나, 에틸렌이라는 추가적 원료가 소모되고, 합성된 에테르가 갖는 경제성에 대한 검토가 요구된다.U.S. Patent No. 5,898,091 discloses a process for the conversion of an isoolefin to an internal olefin via selective hydrogenation in a mixture of C4 and C5 hydrocarbons and then an isoolefin is reacted with an alcohol to synthesize an ether, However, additional raw materials such as ethylene are consumed and it is required to examine the economic feasibility of the synthesized ether.

등록특허공보 제0217979호는 납사 분해 유분 중에 함유된 시클로펜타디엔을 열이량화한 후, 2단계 증류를 통해 이량화된 디시클로펜타디엔이 농축된 유출액으로부터 고순도로 시클로펜타디엔을 분리 회수하는 방법을 제안하고 있고, 등록특허공보 제0494022호는 탄화수소 열분해에 의해 생성되는 C5 유분으로부터 다이머화, 분별증류에 의한 디시클로펜타디엔 분리, 고비점 용매 및 중합방지제 존재하에 디시클로펜타디엔을 모노머화, 분별증류에 의한 순수 시클로펜타디엔 분리, 가열을 통한 다이머화로 디시클로펜타디엔 풍부 유출액 형성 및 정류에 의한 고순도 디시클로펜타디엔을 분리 등을 거쳐 고순도 디시클로펜타디엔 제조하는 방법을 제안하고 있고, 등록특허공보 제0947893호는 디시클로펜타디엔의 비점과 유사한 비점을 갖는 특정 탄화수소 화합물을 보조유체로 선택하여 납사 크래커 부산물로부터 얻은 조(crude) 디사이클로펜타디엔을 고순도로 정제하는 방법을 제안하고 있으나, 이 특허들의 경우에는 납사 크래킹 유분의 유용 성분 중 디사이클로펜타디엔의 분리에만 초점을 맞추고 있을 뿐 역시 다른 유용 성분에 관해서는 언급하지 않고 있다.Patent Publication No. 0217979 discloses a method for separating and recovering cyclopentadiene in high purity from a effluent in which dimeric cyclopentadiene contained in naphtha cracked oil is thermally quantized and then dimerized through two-stage distillation to concentrate dicyclopentadiene , And Patent Publication No. 0494022 discloses a method of separating dicycloheptadienes from C5 oil produced by hydrocarbon pyrolysis, separating dicyclopentadiene by fractional distillation, monomersizing dicyclopentadiene in the presence of a high boiling solvent and a polymerization inhibitor, Purity cyclopentadiene by fractional distillation, dimerization through heating, formation of a dicyclopentadiene rich effluent and separation of high purity dicyclopentadiene by rectification, and the like. Patent Publication No. 0947893 discloses that a specific hydrocarbonization having a boiling point similar to the boiling point of dicyclopentadiene There has been proposed a method of purifying crude dicyclopentadiene obtained from naphtha cracker byproducts at a high purity by selecting water as an auxiliary fluid. However, in these patents, only the separation of dicyclopentadiene among useful components of naphtha cracking oil It focuses but does not mention other useful ingredients either.

한편, 경질 올레핀 생산 시 고온 열분해로 인한 에너지 소비를 절감할 수 있는 방법으로 촉매를 이용한 접촉분해 기술이 주목받고 있다. 촉매를 이용한 접촉분해 기술은 종래 열분해 공정에 비해 대략 50~200℃ 정도의 낮은 반응 온도에서 수행되므로 에너지 소모가 적으며 튜브 내벽의 코크 생성이 억제됨에 따라 플랜트의 가동 사이클 및 수명이 연장된다. 또한, 이산화탄소 발생을 줄여 환경오염을 최소화할 수 있으며, 생성되는 올레핀의 조성을 수요에 따라 조절할 수 있는 장점이 있기 때문에 에틸렌 및 프로필렌의 수급 불균형을 해소할 수 있을 것으로 기대되고 있다.On the other hand, a catalytic decomposition technique using a catalyst has been attracting attention as a method for reducing energy consumption due to high temperature pyrolysis in the production of light olefins. Catalytic catalytic cracking is performed at a reaction temperature as low as about 50 to 200 ° C compared to the conventional pyrolysis process, so energy consumption is low and the generation of coke on the inner wall of the tube is suppressed, thereby extending the cycle and lifetime of the plant. In addition, it is expected that the supply and demand imbalance of ethylene and propylene can be solved because it is possible to minimize the environmental pollution by reducing the generation of carbon dioxide and to control the composition of the produced olefin according to demand.

이러한 촉매 접촉분해를 통한 경질 올레핀 생성을 위해 사용되는 대표적인 촉매계는 산 촉매를 이용한 접촉분해 공정이다. 다양한 산 촉매 중 특히 제올라이트가 가장 널리 이용되고 있는데, 이는 제올라이트가 화학적 조성의 변화를 통한 산성도 조절이 용이할 뿐만 아니라 형상 선택성을 가지고 있어 반응물의 전환율 및 최종적으로 얻어지는 경질 올레핀의 수율 조절이 용이한 장점이 있기 때문이다. 대표적인 촉매 접촉분해용 제올라이트로는 ZSM-5, USY, REY, β-제올라이트 등이 사용되고 있다.A typical catalyst system used for producing light olefins through catalytic catalytic cracking is a catalytic cracking process using an acid catalyst. Among various acid catalysts, zeolite is most widely used because zeolite is easy to control acidity through chemical composition change and has shape selectivity so that conversion of reactant and yield of light olefin can be easily controlled This is because. ZSM-5, USY, REY, β-zeolite and the like are used as typical zeolites for catalytic catalytic cracking.

ZSM-5 촉매는 기존의 8-분자환(8-membered ring)의 기공 크기를 갖는 제올라이트 A 및 에리오나이트(erionite), 12-분자환(12-membered ring)으로 기공 내에서 13Å의 거대 기공(super-cage)을 갖는 포우저사이트(faujasite), 제올라이트 X 및 Y나 2차원적 기공 구조를 갖는 모데나이트(mordenite)와는 달리 중간 크기인 10-분자환(10-membered ring)의 기공 크기를 가지며, 5.4×5.6Å 크기의 직선 채널(straight channel)과 5.1×5.5Å 크기의 싸인 채널(sinusoidal channel)의 3차원적인 교차로 이루어지는 기공 구조에 의하여 균일한 기공 크기와 구조를 갖게 되어 다른 제올라이트보다 형상 선택성이 우수하고 비활성 정도가 낮으며 높은 Si/Al비에 따른 열적 안정성도 우수한 것으로 알려져 있다(H. Krannila 외, J. Catal., vol.135, p115, 1992).The ZSM-5 catalyst is a zeolite A having an 8-membered ring pore size and erionite and a 12-membered ring, Unlike the faujasite with super-cage, the mordenite with zeolite X and Y or the two-dimensional pore structure, the pore size of the medium-sized 10-membered ring And has a uniform pore size and structure due to a pore structure formed by a three-dimensional intersection of a straight channel of 5.4 × 5.6 Å and a sinusoidal channel of 5.1 × 5.5 Å, (H. Krannila et al., J. Catal., Vol.135, p115, 1992), which is excellent in selectivity, low in inertness, and excellent in thermal stability due to high Si / Al ratio.

이와 같이, ZSM-5 촉매는 독특한 구조와 우수한 산 특성으로 인해 촉매 접촉분해 반응, 이성화 반응, 에스테르화 반응을 비롯한 다양한 반응에서 이용되고 있으나, 고온 다습한 조건에서 반응이 진행되는 경우 탈알루미늄에 의해 구조가 붕괴됨과 동시에 산점이 감소하여 촉매의 활성이 감소되는 문제점이 있다. 따라서, 고온 다습한 반응 조건하에서 발생하는 촉매의 불안정성을 개선하기 위해 다양한 물질들을 도입하는 방법이 시도되었다. 대표적인 촉매의 열적 안정성을 향상시키기 위한 방법은 제올라이트에 망간 및 인을 첨가하는 것이다(T. Blasco 외, J. Catal., vol.237, p267, 2006). ZSM-5 등의 제올라이트에 인산이온을 이용하여 수식하는 경우 제올라이트 내의 브뢴스테드 산점 역할을 하는 Si-OH-Al 부분이 인산이온(PO43 -)에 의하여 수식됨으로써 P=O기가 불안정한 알루미늄을 안정화시켜 탈알루미늄화를 최소화시킨다고 보고하고 있다. 그러나, 단순히 제올라이트에 인을 수식하는 방식은 비록 촉매의 수열안정성을 향상시킴으로써 장시간 동안 촉매 비활성화를 억제하는 데는 기여할 수 있으나 경질 올레핀의 생성을 향상시키는 데는 역부족이다.As described above, the ZSM-5 catalyst is used in various reactions including catalytic catalytic decomposition reaction, isomerization reaction and esterification reaction due to its unique structure and excellent acid characteristics. However, when the reaction proceeds under high temperature and high humidity conditions, There is a problem in that the structure is collapsed and the acid sites are reduced and the activity of the catalyst is reduced. Therefore, attempts have been made to introduce various materials to improve the instability of the catalyst, which occurs under high temperature and high humidity reaction conditions. A method for improving the thermal stability of representative catalysts is to add manganese and phosphorus to the zeolite (T. Blasco et al., J. Catal., Vol. 237, p. 267, 2006). When the zeolite such as ZSM-5 is modified with phosphate ion, the Si-OH-Al moiety serving as the Bronsted acid point in the zeolite is modified by the phosphate ion (PO4 3 - ) to stabilize the unstable P = O group Thereby minimizing dealumination. However, the method of simply modifying phosphorus in zeolite can contribute to suppressing catalyst deactivation for a long time by improving the hydrothermal stability of the catalyst, but it is inadequate to improve the production of light olefins.

촉매의 열적 안정성 향상을 위한 노력과 더불어 중요한 것은 반응 후 생성되는 생성물 분포를 조절하는 것이다. 경질 올레핀의 생성을 최대화하기 위해서는 파라핀 및 방향족 화합물의 생성을 억제해야 하고 올레핀의 생성을 최대화해야 할 것이다. 이를 위해서는 반응압력을 낮추고, 반응온도를 높이며, 반응물의 체류시간을 낮춤과 동시에 반응물과 촉매의 비를 적절하게 조절하는 등의 반응공정에 대한 개선이 요구되며(M.A. den Hollander 외, Appl. Catal. A, vol.223, p85, 2002), 이와 함께 새로운 촉매의 개발을 통해 경질 올레핀의 생성을 향상시키는 노력 또한 요구된다. 이러한 노력의 일환으로, ZSM-5 촉매에 전이금속 또는 희토류 금속을 첨가하여 촉매를 제조하는 방법이 수행되었다(N. Rahimi 외, Appl. Catal. A, vol.398, p1, 2011). 이 문헌에서는 철 또는 크롬과 같은 전이금속을 ZSM-5에 첨가할 경우 반응물인 탄화수소를 탈수소화하여 보다 쉽게 분해반응을 일으키도록 유도하며, 이로 인해 보다 많은 경질 올레핀이 생성된다고 보고하고 있다. 또한, ZSM-5에 네오디뮴, 세륨, 란타늄과 같은 희토류 금속을 첨가할 경우에는 경질 올레핀의 선택도를 향상시킨다고 보고하고 있으나, 실제 희토류 금속이 어떠한 영향을 미쳐 경질 올레핀의 선택도를 향상시키는가에 대해서는 의견이 분분한 상태이다. 전이금속, 희토류 금속과 같은 금속을 사용할 경우, 크기가 큰 금속원자가 제올라이트의 기공 입구에 위치하게 되어 기공을 막을 경우 반응활성을 저하시키는 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 미세 기공 특성을 보이는 순수한 ZSM-5에 금속을 수식하는 데에는 한계가 있다고 할 수 있으며, 이를 극복하기 위해서는 미세 및 중형기공성 특징을 보이는 ZSM-5가 요구된다.In addition to the efforts to improve the thermal stability of the catalyst, the important thing is to control the product distribution after reaction. In order to maximize the production of light olefins, the production of paraffins and aromatic compounds should be suppressed and the production of olefins should be maximized. This requires an improvement in the reaction process, such as lowering the reaction pressure, raising the reaction temperature, lowering the residence time of the reactants, and appropriately controlling the ratio of the reactants to the catalyst (MA Den Hollander et al., Appl. Catal. A, vol.223, p85, 2002), along with efforts to improve the production of light olefins through the development of new catalysts. As a part of this effort, a method of preparing a catalyst by adding a transition metal or a rare earth metal to a ZSM-5 catalyst has been carried out (N. Rahimi et al., Appl. Catal. A, vol.398, p1, 2011). In this document, it is reported that when a transition metal such as iron or chromium is added to ZSM-5, the reactant hydrocarbon is dehydrogenated to induce a decomposition reaction more easily, thereby producing more light olefins. It has been reported that the addition of rare earth metals such as neodymium, cerium, and lanthanum to ZSM-5 improves the selectivity of light olefins. However, the effect of rare earth metals on the selectivity of light olefins Opinion is divided. When a metal such as a transition metal or a rare earth metal is used, large metal atoms are located at the pore openings of the zeolite, which may cause a problem of lowering the reaction activity when the pores are closed. Therefore, it can be said that there is a limitation in modifying metals to pure ZSM-5 having microporous characteristics, and ZSM-5 having fine and mesoporous porosity characteristics is required to overcome this.

미국등록특허 제6,835,863호는 ZSM-5 및 ZSM-11을 5~75중량%, 실리카 또는 카올린을 25~95중량%, 인을 0.5~10중량% 함유한 성형 촉매를 이용하여 납사 접촉분해에 사용하는 공정을 개시하고 있으나, 인의 구체적인 출발물질 및 성형 촉매의 수열안정성에 대한 언급이 없으며, 중형기공성 특징을 갖는 촉매를 사용하지 않고 있다.U.S. Patent No. 6,835,863 discloses a process for the catalytic cracking of naphtha using a shaped catalyst comprising 5 to 75% by weight of ZSM-5 and ZSM-11, 25 to 95% by weight of silica or kaolin, and 0.5 to 10% by weight of phosphorus. However, there is no mention of hydrothermal stability of specific starting materials of phosphorus and shaped catalysts, and no catalyst having mesoporous characteristics is used.

미국공개특허 제20060011513호는 ZSM-5, β, 모데나이트, 페리어나이트 등의 제올라이트들에 란탄족, Sc, Y, La, Fe, Ca 중 하나를 선택하여 수식하는 기술을 개시하고 있으나, 금속인산염의 구체적인 화학적 구조에 대한 언급이 없으며, 그 역할에 대한 설명 또한 미비하고, 올레핀 수율 향상을 위한 기술은 명시하지 않고 있다.US Patent Publication No. 20060011513 discloses a technique for selecting one of lanthanide, Sc, Y, La, Fe and Ca to zeolites such as ZSM-5, β, mordenite and ferrierite, There is no mention of the specific chemical structure of the phosphate and its description of its role is lacking, and no technology for improving the olefin yield is specified.

미국등록특허 제7,531,706호는 펜타실형 제올라이트를 희토류 금속, 망간 또는 지르코늄을 인과 함께 수식한 촉매를 이용해 경질 올레핀을 제조하는 방법에 대해 개시하면서, 수식된 금속은 촉매의 수열안정성 및 경질 올레핀의 수율을 향상시키는 역할을 한다고 보고하고 있으나, 상기 금속들의 구체적인 역할에 대한 해석이 부족하며, 제올라이트의 내구성 향상을 주목적으로 하고 있을 뿐이다.U.S. Patent No. 7,531,706 discloses a method for producing light olefins using a pentasil-type zeolite modified with a rare-earth metal, manganese or zirconium with phosphorus, wherein the modified metal has a hydrothermal stability of the catalyst and a yield of light olefin However, it is not enough to interpret the specific role of the metals, and it is only aimed at improving the durability of the zeolite.

비특허문헌 1(G. Zhao 외, J. Catal, vol.248, p29, 2007)에서는 HZSM-5에 인을 도입하여 수열안정성을 향상시키고자 하였다. 실제 반응 결과 인의 도입이 수열안정성을 향상시키는데 기여하였으나, 인의 도입이 미세 기공의 입구를 막아 표면적 및 기공 부피가 급격하게 감소하는 결과를 보였고, 인이 경질 올레핀 생성을 향상시키는 역할을 하지 못하는 한계가 있다.Non-Patent Document 1 (G. Zhao et al., J. Catal. Vol. 48, p29, 2007) was intended to improve hydrothermal stability by introducing phosphorus into HZSM-5. As a result, the introduction of phosphorus contributed to improvement of hydrothermal stability. However, the introduction of phosphorus resulted in a drastic decrease in surface area and pore volume due to blocking of the inlet of micropores, and the limitation that phosphorus does not play a role in improving light olefin production have.

비특허문헌 2(J. Lu 외, Catal. Commun., vol.7, p199, 2006)는 이소부탄의 촉매 접촉분해반응을 통한 경질 올레핀 제조방법에 대한 연구를 수행하였다. ZSM-5 촉매를 기반으로 하여 철이 수식된 촉매를 제조하여 반응을 수행한 결과, 철의 수식이 촉매의 산 특성을 향상시켜 경질 올레핀을 보다 많이 생성할 수 있다고 보고하고 있으나, 도입되는 철의 양이 증가함에 따라 급격한 활성 저하를 보이는 것으로 나타났다. 이는 철 원자간의 뭉침 현상에 의해 발생하는 것으로, ZSM-5의 미세 기공 특성에서 기인한다고 할 수 있다. 또한, 촉매의 수열안정성에 대해서는 언급하지 않고 있다.Non-Patent Document 2 (J. Lu et al., Catal. Commun., Vol. 7, p199, 2006) studied the preparation of light olefins by catalytic catalytic cracking of isobutane. As a result of preparing a catalyst modified with iron on the basis of ZSM-5 catalyst, it has been reported that the modification of iron makes it possible to produce more light olefins by improving the acid property of the catalyst. However, , The activity was decreased rapidly. This can be attributed to the microporosity of ZSM-5, which is caused by aggregation between iron atoms. Further, the hydrothermal stability of the catalyst is not mentioned.

비특허문헌 3(W. Xiaoning 외, J. Rare Earths, vol.25, p321, 2007)에서는 희토류 금속이 포함된 ZSM-5 촉매를 이용하여 부탄으로부터 경질 올레핀을 제조하는 연구를 수행하면서, 희토류 금속이 촉매의 산 특성에 미치는 영향에 대해 고려하고, 촉매의 산 특성 변화가 반응활성에 미치는 영향에 대해 논의하고 있으나, 희토류 금속이 염기 특성에 미치는 영향에 대해서는 고찰하지 않고 있으며, 이러한 촉매의 산염기 특성이 분해반응의 메커니즘에 미치는 영향에 대해서는 언급하지 않고 있다.In a non-patent document 3 (W. Xiaoning et al., J. Rare Earths, vol.25, p321, 2007), while conducting a study to produce light olefins from butane using a ZSM-5 catalyst containing a rare earth metal, The effect of the acid on the acid property of the catalyst is discussed and the effect of the acid property change of the catalyst on the reaction activity is discussed. However, the effect of the rare earth metal on the base property is not considered, The effect of the properties on the mechanism of the degradation reaction is not mentioned.

다른 한편, 이소프렌은 1860년 C. E. Williams가 처음으로 천연고무를 열분해하여 제조한 물질로, 1955년 합성고무의 원료로 사용되기 시작하면서 대량 생산되기 시작되었는데, 종래에는 Kurary사, Sumitomo사 등에서 포름알데히드와 이소부틸렌을 산촉매 하에 반응시키거나, Houndry사, ABB Lummus사 등에서 이소펜탄의 탈수소화 반응 등 주로 합성법에 의해 생산하였으나, 최근까지는 전술한 바와 같이, 주로 납사 크래커에서 얻어지는 C5 유분으로부터 분리하는 기술이 개시되고 있다.On the other hand, isoprene was first produced by CE Williams in 1860 by pyrolysis of natural rubber. In 1955, it began to be used as a raw material for synthetic rubber, and mass production began. In the past, Kurary and Sumitomo Co., A technique of separating isobutylene from an C5 oil obtained mainly from a naphtha cracker, as described above, is mainly produced by a synthesis method such as a reaction by reacting isobutylene under an acid catalyst, or a dehydrogenation reaction of isopentane by Houndry or ABB Lummus .

C5 유분에는 비점이 유사한 성분들이 많이 포함되어 있어 통상적인 증류에 의하여 이소프렌을 고순도로 분리하기 어렵다. 따라서, 다단증류, 추출증류(extractive distillation), 액-액 추출, 열처리 등의 방법이 시도되고 있는데, 현재 상업화된 공정에서는 특정 추출제를 사용한 추출증류가 주로 채택되고 있으며, 추출증류 공정에서 발생하는 다양한 문제를 해결하기 위한 기술들이 제시되고 있다. 예를 들어, 미국등록특허 제3,947,506호는 이소프렌, n-펜탄, 기타 C5 탄화수소를 포함하는 C5 스트림에서 2개의 연속적 증류를 통한 이소프렌 회수 방법을 개시하고 있고, 등록특허공보 제0542782호는 공액디엔을 함유하는 석유 유분으로부터 추출용매로 아미드 화합물을 사용하는 추출증류에 의해 공액디엔을 분리하는 공정에서 팝콘중합체 또는 고무상 중합체 생성을 억제하여 효율적으로 정제 공액디엔을 제조하는 방법을 개시하고 있고, 공개특허공보 제2003-0026427호는 C5 유분에서 이소프렌을 추출증류에 의하여 분리하는 공정에서 증류탑 등의 운전조건을 제시하여 전체공정의 에너지 소비를 최소화하기 위한 기술을 개시하고 있고, 등록특허공보 제0783342호는 증류컬럼 내의 고무 물질의 생성을 효율적, 안정적으로 억제할 수 있는 공액디엔의 분리 및 정제방법과 장치를 제공하여, 공액디엔 중에 과다한 중합억제제가 남지 않도록 하는 기술을 개시하고 있고, 등록특허공보 제0845750호는 석유 유분으로부터 고순도의 이소프렌, 부타디엔 등의 공액디엔을 분리 정제할 때, 정제장치 내부에서의 팝콘폴리머의 발생을 효율적으로 억제할 수 있는 공액디엔의 분리정제 방법 및 장치에 관해 개시하고 있다.It is difficult to separate isoprene in high purity by conventional distillation because C5 oil contains many components having similar boiling points. Therefore, methods such as multi-stage distillation, extractive distillation, liquid-liquid extraction, heat treatment and the like have been attempted. In commercialized processes, extractive distillation using a specific extractant is mainly adopted, Techniques for solving various problems are presented. For example, U.S. Patent No. 3,947,506 discloses a method for recovering isoprene through two successive distillations in a C5 stream comprising isoprene, n-pentane, and other C5 hydrocarbons, and Patent No. 0542782 discloses a process for recovering isoprene Discloses a method for efficiently producing a purified conjugated diene by inhibiting the production of a popcorn polymer or a rubber-like polymer in the step of separating the conjugated diene by extractive distillation using an amide compound as an extraction solvent from a petroleum oil containing it Publication No. 2003-0026427 discloses a technique for minimizing energy consumption of an entire process by suggesting operating conditions of a distillation column and the like in a process of separating isoprene from C5 fraction by extractive distillation. Patent No. 0783342 Separation and purification of conjugated dienes that can effectively and stably suppress the formation of rubber substances in the distillation column Patent Document No. 0845750 discloses a technique for separating and purifying conjugated dienes such as isoprene and butadiene of high purity from petroleum fractions by using a method of refining Discloses a method and an apparatus for separating and purifying a conjugated diene that can effectively suppress the generation of popcorn polymer in the apparatus.

그러나, 추출증류에 의한 이소프렌 분리 기술들은 정제탑과 추출탑을 사용하고, 특히 고순도의 이소프렌을 제조하기 위해 이론단수 300단 이상의 정제탑을 사용할 필요가 있어, 에너지 소모 면에서 매우 불리하고, 막대한 화석연료 사용으로 인한 이산화탄소 등 온실가스에 의한 지구 온난화, 환경 문제 등을 유발하게 된다.However, the isoprene separation techniques by extractive distillation use a purification tower and an extraction tower, and particularly, it is necessary to use a purification tower having a theoretical plate number of 300 or more in order to produce isoprene of high purity, which is very disadvantageous in terms of energy consumption, Global warming due to greenhouse gases such as carbon dioxide resulting from fuel use, and environmental problems.

여기서, C5 유분으로부터 이소프렌 분리 기술에서 추출증류를 채택함에 따라 발생하는 문제를 배제하기 위해 반응추출(reactive extraction), 즉, C5 유분에서 특정 촉매를 이용하여 이소프렌만을 선택적으로 에테르화(제1반응)시킨 후 이를 다시 특정 촉매를 이용하여 탈에테르화(제2반응)시키는 방법을 이용하여 이소프렌을 분리하는 기술을 고려할 수 있고, 이에, 본 출원인은 특허출원 제2011-0126326호 및 이 출원의 우선권주장 출원 제2012-0047142호에서 C5 유분의 탄소수 4 내지 5의 디엔계 화합물을 선택적으로 알콕시화하는 방법을 제시한 바 있다. 이와 같은 본 출원인의 선출원에서는 반응추출 공정의 제1반응에 관해 개시하고 있는 것이며, 관련된 선행문헌으로 미국등록특허 제5,120,868호에서 개시한 이소프렌의 이소프레닐-메틸에테르(isoprenyl-methylether)로의 전환에 팔라듐 촉매를 사용한 기술, 미국등록특허 제4,108,918호에서 개시한 2-메틸-1-부텐(2-methyl-1-butene)의 산화탈수소화 반응을 통한 이소프렌 획득 방법, 미국등록특허 제4,843,180호에서 개시한 전반적인 디엔의 전환 방법 등을 들 수 있다. 그러나, 미국등록특허 제5,120,868호는 디엔계 화합물에 첨가되는 알콕시기의 도입위치에 대한 선택성을 나타내지는 않고 있으며, 미국등록특허 제4,843,180호는 디엔계 화합물의 선택적 알콕시화 반응 이후에 적용할 수는 없는 공정이며, 미국등록특허 제4,843,180호는 이소프렌이 아닌 부타디엔에 초점을 맞추어 메톡시화시키는 공정에 그치고 있으며, 반응시간 또한 매우 길다는 문제가 있었고, 본 발명자들의 위 선출원에서는 이러한 선행특허들과는 다른 접근방법을 통해 C5 유분으로부터 반응추출법을 이용하여 이소프렌을 분리할 수 있는 방안으로 제1반응에 관해 제시하였다.Here, reactive extraction, that is, selective etherification of only isoprene (first reaction) using a specific catalyst in the C5 fraction is performed to remove the problem caused by adopting extractive distillation from the C5 oil fraction in the isoprene separation technique. (Second reaction) by using a specific catalyst, and the present applicant has proposed a process for separating isoprene by using a method as described in Patent Application No. 2011-0126326, In Application No. 2012-0047142, a method of selectively alkoxylating a diene compound having 4 to 5 carbon atoms in C5 fraction has been proposed. This prior application of the present applicant discloses the first reaction of the reaction extraction process and relates to the conversion of isoprenyl to isoprenyl-methylether, as disclosed in U.S. Patent No. 5,120,868, Palladium catalyst, the method of obtaining isoprene by oxidative dehydrogenation reaction of 2-methyl-1-butene disclosed in U.S. Patent No. 4,108,918, US Patent No. 4,843,180 And an overall diene conversion method. However, U.S. Patent No. 5,120,868 does not show the selectivity for the introduction position of the alkoxy group added to the diene compound, and U.S. Patent No. 4,843,180 can be applied after the selective alkoxylation reaction of the diene compound And U.S. Patent No. 4,843,180 has a problem that the reaction time is also very long because the process is limited to methoxylation with a focus on butadiene which is not isoprene, and the inventors of the present invention have proposed a different approach from these prior patents The first reaction was proposed to isolate isoprene from the C5 oil by the reaction extraction method.

따라서, C5 유분으로부터 반응추출법을 이용하여 C5 탄화수소 중 이소프렌만을 선택적으로 에테르화(제1반응)시킨 후 이를 다시 탈에테르화(제2반응)시키는 방법을 이용하여 이소프렌을 분리하는 기술을 C5 유분을 활용한 C2 내지 C5 올레핀 생산 과정에서 통합적으로 정립할 필요가 있다.Therefore, the technique of separating isoprene by selectively etherifying (first reaction) only isoprene in C5 hydrocarbon using C5 oil by reaction extraction method and then de-etherating (second reaction) It is necessary to formulate them integrally in the C2 to C5 olefin production process.

이상 살펴본 바와 같이, 무용자원으로 저평가된 C5 유분의 10~18% 정도에 해당하는 이소프렌, 시클로펜타디엔, 피퍼릴렌 등은 천연고무 및 부틸고무(isobutylene-isoprene rubber)를 합성하는데 사용될 수 있으나, 이들의 비점 차이가 크지 않아 분리에 어려움에 있으며, 펜탄(pentane), 펜텐(pentene), 이소펜탄(isopentane)과 같은 여타의 C5 유분은 다른 생성물에 비해 별다른 효용가치가 없는 것으로 알려진 상태이다.As described above, isoprene, cyclopentadiene, piperrylene and the like, which are about 10 to 18% of the undervalued C5 oil as a dancing resource, can be used for synthesizing isobutylene-isoprene rubber, And the other C5 oil fractions such as pentane, pentene and isopentane are known to have no utility value compared to other products.

또한, 납사 크래커의 부산물로 생성되는 C5 혼합 유분에서 유용 성분인 이소프렌, 시클로펜타디엔, 피퍼릴렌 등을 회수하는 기존 기술들은 크게 다단의 컬럼을 이용한 다단증류 또는 추출제를 사용하는 추출증류법을 따르고 있는데, 이러한 추출증류를 사용하더라도 이소프렌만을 단독으로 회수하는 공정이 대부분이며, 이 경우 사용되는 추출제의 양과 회수 등에 따르는 비용 및 추가적인 다단의 분리 공정은 경제적인 측면에서 불리하고, C5 유분내 15% 내로 존재하는 이소프렌만을 회수하고 나머지 유분들은 전혀 고려되지 않기 때문에 유분 자체가 갖고 있는 경제성이 매우 떨어진다.In addition, existing technologies for recovering useful components such as isoprene, cyclopentadiene, piperylene and the like in C5 mixed oil produced as a by-product of naphtha crackers are based on multi-stage distillation using a multi-stage column or extractive distillation using an extractant In this case, the cost and the additional multi-stage separation process are disadvantageous from the economical point of view. The cost of the extraction and the use of the extracting agent in this case is disadvantageous in 15% of C5 oil content Only the existing isoprene is recovered and the remaining oil is not taken into consideration at all.

원유 가격의 상승과 원유의 중질화로 인해 납사보다는 비교적 가격이 저렴한 천연가스로부터 에틸렌을 얻기 위한 천연가스 크래커가 증설되고 있으나, 이는 에틸렌만을 선택적으로 생산할 수 있기 때문에 프로필렌의 수급에 불균형을 초래하게 되며, 천연가스가 풍부한 구미 국가들의 경우와 달리, 우리나라와 같은 원유 수입국은 대부분 납사 열분해에 의존하고 있어, 온실가스 배출 저감 측면에서도 매우 불리한 입장에 있는 실정이다. 우리나라에서 납사 크래킹 공정으로부터 얻는 에틸렌 규모는 연간 500만톤에 이르며, 부산물로 배출되는 C5 유분이 70만톤에 이르고 있으나 이를 효율적으로 사용하지 못하고 있다. 이에, 에틸렌/프로필렌 수급 조절 기술의 개발 필요성이 높다고 할 수 있고, 이를 위해 경질 올레핀 재구조화 기술이 요구되며, 따라서, 납사 크래커에서 발생하는 C5 유분 중 합성수지, 고무 등의 원료가 될 수 있는 이중결합을 갖는 이소프렌, 피퍼릴렌, 시클로펜타디엔 등의 올레핀을 회수하고, 나머지 유분들을 경질 올레핀으로 전환시키는 통합적 고부가화 방법에 대한 기술개발이 절실히 요구된다 할 것이다.Natural gas crackers for obtaining ethylene from natural gas, which is comparatively less expensive than naphtha due to the rise in crude oil prices and heavy crude oil, have been added. However, since ethylene alone can be selectively produced, the supply and demand of propylene will be unbalanced, Unlike in the case of the rich countries where natural gas is abundant, most of the crude oil importers like Korea depend on naphtha cracking, which is very disadvantageous in terms of reduction of greenhouse gas emissions. In Korea, the amount of ethylene obtained from the naphtha cracking process reaches 5 million tons per year, and the amount of C5 oil discharged as a by-product reaches 700 thousand tons, but it can not be used effectively. Therefore, there is a high need for the development of ethylene / propylene feedstock control technology. For this purpose, a light olefin restructuring technology is required. Therefore, in the C5 oil produced from naphtha crackers, a double bond It is urgently required to develop a technique for collecting high olefins such as isoprene, piperylene, cyclopentadiene and the like and converting the remaining oils into light olefins.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 납사 크래킹 후 생성되는 C5 혼합 유분에서 유용한 올레핀인 이소프렌, 피퍼릴렌 및 시클로펜타디엔을 경제적으로 회수하고, 남은 잔여 유분을 촉매 접촉분해하여 효율적으로 에틸렌, 프로필렌 등 경질 올레핀을 제조하는 통합적 고부가화 방법을 제공하고자 한다.DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a process for recovering isoprene, piperylene and cyclopentadiene useful as olefins economically in C5 mixed oil produced after naphtha cracking, catalytically decompose the remaining oil, And to provide an integrated high-yielding method for producing light olefins such as ethylene and propylene.

또한, 납사 크래킹 후 생성되는 C5 혼합 유분으로부터 분리 또는 분해되어 고순도로 C2 내지 C5 올레핀이 수득되도록 하기 위한 각 세부공정별 이상적인 연속 공정조건을 확립하고자 한다.It is also intended to establish ideal continuous process conditions for each detailed process in order to separate or decompose C5 mixed olefins generated after naphtha cracking to obtain C2 to C5 olefins with high purity.

또한, 납사 크래킹 후 생성되는 C5 유분에서 이소프렌 분리 시 탈에테르화 반응에 사용되는 알킬에테르 화합물을 C5 유분으로부터 최적의 선택성으로 얻을 수 있는 방법과 함께, 알킬에테르 화합물을 최적 조합된 촉매 화합물을 이용하여 탈에테르화하여 이소프렌을 공업적으로 우수한 효율로 분리할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.In addition, a method of obtaining an alkyl ether compound used in the de-etherification reaction at the time of isoprene separation in C5 oil produced after naphtha cracking with optimum selectivity from C5 oil, And to provide a method for separating isoprene into industrially excellent efficiency by de-etherification.

또한, 납사 크래킹 후 생성되는 C5 유분에서 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조 시 기존 촉매의 물리, 화학적 특성을 보유하면서도 보다 우수한 기공 특성을 나타내는 ZSM-5 촉매를 이용하여 경질 올레핀 제조 수율을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다.In addition, ZSM-5 catalysts, which exhibit superior pore characteristics while retaining the physical and chemical properties of existing catalysts in the production of light olefins containing ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking in C5 oil produced after naphtha cracking, And to provide a method capable of improving the production yield.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 혼합 유분으로부터 (a) 상기 C5 혼합 유분을 원료로 추출증류(extractive distillation)하여 파라핀(parffin) 화합물을 포함하는 제1스트림과 디엔(diene) 화합물을 포함하는 제2스트림으로 분리하는 단계; (b) 상기 제2스트림에 포함된 시클로펜타디엔(cyclopentadiene)을 이량화(dimerization)하여 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene)을 포함하는 제3스트림을 생성하는 단계; (c) 상기 제3스트림으로부터 디시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌(piperylene)을 포함하는 제4스트림과 이소프렌(isoprene)을 포함하는 제5스트림으로 분리하는 단계; (d) 상기 제4스트림으로부터 디시클로펜타디엔을 포함하는 스트림, 피퍼릴렌을 포함하는 스트림 및 잔류스트림을 회수하는 단계; (e) 상기 제5스트림으로부터 반응추출(reactive extraction)법을 이용하여 이소프렌을 회수하는 단계; 및 (f) 상기 제1스트림을 촉매 접촉분해하여 에틸렌(ethylene) 및 프로필렌(propylene)을 포함하는 스트림으로 전환하는 단계를 포함하여 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a process for producing a naphtha product, which comprises: (a) extractively distilling C5 mixed oil from a C5 mixed oil product produced after a naphtha cracking process to obtain a first stream containing a paraffin compound, into a second stream comprising a diene compound; (b) dimerizing the cyclopentadiene contained in the second stream to produce a third stream comprising dicyclopentadiene; (c) separating the third stream into a fourth stream comprising dicyclopentadiene and piperylene and a fifth stream comprising isoprene; (d) recovering a stream comprising dicyclopentadiene, a stream comprising piperylene, and a residual stream from said fourth stream; (e) recovering isoprene from the fifth stream using a reactive extraction method; And (f) catalytically cracking the first stream to convert it to a stream comprising ethylene and propylene, to produce olefins of the range of 2 to 5 carbon atoms.

또한, 상기 C5 혼합 유분은 n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane) 및 시클로펜탄(cyclopentane)을 포함하는 파라핀 화합물이 20~60중량%; 이소프렌, 시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌을 포함하는 디엔 화합물이 20~60중량%; 및 모노엔(monoene) 화합물을 포함하는 잔여 혼합물이 10~50중량%;로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the C5 mixed oil fraction may contain 20 to 60% by weight of a paraffin compound including n-pentane, isopentane and cyclopentane; 20 to 60% by weight of a diene compound comprising isoprene, cyclopentadiene and piperylene; And 10 to 50% by weight of the residual mixture comprising the monoene compound.

또한, 상기 (a) 단계에서 상기 C5 혼합 유분은 하부가 온도 80~200℃ 및 압력 1~20기압 조건의 추출증류탑 중간에 공급되어 상부로 유입되는 추출제와 접촉되도록 하여, 탑정으로 상기 제1스트림이 배출되고, 탑저로 상기 제2스트림이 배출되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, in the step (a), the C5 mixed oil fraction is supplied to the middle of an extractive distillation column at a lower temperature of 80 to 200 ° C and a pressure of 1 to 20 atmospheric pressure, so as to be brought into contact with an extracting agent flowing upward, Characterized in that the stream is discharged and the second stream is discharged to the bottom of the column.

또한, 상기 추출제는 아세토니트릴(acetonitrile; ACN), 디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), β-메톡시프로피오니트릴(β-methoxypropionitrile; MOPN), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAC), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide; DMSO), γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; γ-BL), 푸르푸랄(furfural), 아세톤(acetone) 및 이온성 액체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.The extractant may be selected from the group consisting of acetonitrile (ACN), dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone (NMP), β-methoxypropionitrile ), Dimethylacetamide (DMAC), dimethylsulfoxide (DMSO), γ-butyrolactone (γ-BL), furfural, acetone and ionic liquids And at least one selected from the group consisting of

또한, 상기 추출제는 회수탑에서 상기 제2스트림으로부터 회수되어 상기 추출증류탑으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the extractant is recovered from the second stream in the recovery column and recycled to the extractive distillation column.

또한, 상기 (b) 단계는 온도 40~110℃ 및 30~300㎪ 조건의 연속흐름식 반응기에서 2~10시간 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the step (b) is performed in a continuous flow type reactor at a temperature of 40 to 110 ° C. and a temperature of 30 to 300 ° C. for 2 to 10 hours.

또한, 상기 (c) 단계에서 상기 제3스트림은 제1분리탑 중간에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 제5스트림이 배출되고, 탑저로 상기 제4스트림이 배출되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, in the step (c), the third stream flows into the middle of the first separation column, the fifth stream is discharged to the column top according to the difference in boiling point, and the fourth stream is discharged to the column bottom. to provide.

또한, 상기 (d) 단계에서 상기 제4스트림은 제2분리탑 중간에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 피퍼릴렌을 포함하는 스트림이 회수되고, 측부로 상기 디시클로펜타디엔을 포함하는 스트림이 회수되고, 탑저로 상기 잔류스트림이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, in the step (d), the fourth stream flows into the middle of the second separation tower so that the stream containing the piperylene is recovered on the column in accordance with the difference in boiling point, and the stream containing the dicyclopentadiene And the residual stream is recovered to the bottom of the column.

또한, 상기 (e) 단계는, (e-1) 알코올 및 에테르화 촉매 존재하에 상기 제5스트림내의 상기 이소프렌을 선택적으로 에테르화 반응시켜 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 포함하는 제6스트림을 생성하는 단계; (e-2) 비활성 가스 및 탈에테르화 촉매 존재하에 상기 제6스트림내의 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 탈에테르화 반응시켜 이소프렌을 포함하는 제7스트림을 생성하는 단계; 및 (e-3) 상기 제7스트림으로부터 이소프렌을 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.The step (e) further comprises: (e-1) selectively etherifying the isoprene in the fifth stream in the presence of an alcohol and an etherification catalyst to produce a sixth stream comprising an alkyl ether compound of isoprene ; (e-2) deethering an alkyl ether compound of the isoprene in the sixth stream in the presence of an inert gas and a de-etherification catalyst to produce a seventh stream comprising isoprene; And (e-3) separating isoprene from the seventh stream.

또한, 상기 (e-1) 단계는 온도 50~250℃ 및 압력 0.5~10기압 조건의 에테르화 촉매반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, the step (e-1) is carried out in an etherification catalytic reactor at a temperature of 50 to 250 ° C and a pressure of 0.5 to 10 atm.

또한, 상기 (e-1) 단계에서 상기 제6스트림은 제3분리탑에 유입되어 비점 차이에 따라 미반응된 이소프렌 및 알코올을 포함하는 스트림은 탑정을 통해 상기 에테르화 촉매반응기로 재순환되고, 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림은 탑저로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, in the step (e-1), the sixth stream flows into the third separation column, and a stream containing unreacted isoprene and alcohol is recycled to the etherification catalytic reactor through the top of the column, Characterized in that the stream comprising the alkyl ether compound of isoprene and the residue slurry of the etherification catalyst is discharged to the bottom of the column.

또한, 상기 제3분리탑은 하부 온도가 40~100℃인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the third separation column has a lower temperature of 40 to 100 ° C.

또한, 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림은 제4분리탑에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 포함하는 스트림이 배출되고, 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림은 탑저를 통해 상기 에테르화 촉매반응기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the stream containing the alkyl ether compound of isoprene and the residue slurry of the etherification catalyst flows into the fourth separation tower, and the stream containing the alkyl ether compound of the isoprene is discharged into the column on the basis of the difference in boiling point. Characterized in that the stream comprising the residue slurry of the catalyst is recycled to the etherification catalytic reactor via the bottom.

또한, 상기 제4분리탑은 하부 온도가 80~200℃인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the fourth separation column has a lower temperature of 80 to 200 ° C.

또한, 상기 알코올은 탄소수 1~4의 알킬기를 갖는 알코올인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method characterized in that the alcohol is an alcohol having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

또한, 상기 에테르화 촉매는 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 레늄(Re)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.The etherification catalyst may be at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), ruthenium (Ru), nickel (Ni) ≪ / RTI > is a compound which comprises a compound of formula < RTI ID = 0.0 >

또한, 상기 에테르화 촉매는 상기 이소프렌 100중량부에 대하여 0.1~10중량부 함량으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the etherification catalyst is used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the isoprene.

또한, 상기 (e-2) 단계는 온도 100~300℃, 압력 1~5기압 및 공간속도 0.5~10h-1 조건의 불균일계 기상반응기인 탈에테르화 촉매반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the step (e-2) is carried out in a de-etherification catalytic reactor, which is a heterogeneous gas phase reactor at a temperature of 100 to 300 ° C, a pressure of 1 to 5 atm and a space velocity of 0.5 to 10 h -1 . to provide.

또한, 상기 (e-2) 단계에서 상기 제7스트림은 플래쉬 드럼(flash drum)에 유입되어 상기 비활성 가스는 상기 탈에테르화 촉매반응기로 재순환되고, 이소프렌, 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림은 상기 비활성 가스와 분리되어 배출되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, in the step (e-2), the seventh stream flows into a flash drum, the inert gas is recycled to the deetherification catalytic reactor, and isobutylene, an alkyl ether compound of an unreacted isoprene, Is discharged separately from the inert gas.

또한, 상기 이소프렌, 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림은 제5분리탑에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 이소프렌이 회수되고, 상기 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림은 탑저를 통해 상기 탈에테르화 촉매반응기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the stream containing the isoprene, the unreacted isoprene alkyl ether compound, and the alcohol is introduced into the fifth separation tower, the isoprene is recovered on the column in accordance with the difference in boiling point, and the alkyl ether compound of the unreacted isoprene and the alcohol Is recycled to the de-etherification catalytic reactor through the bottom of the column.

또한, 상기 제5분리탑은 하부 온도가 40~100℃인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the fifth separation tower has a lower temperature of 40 to 100 ° C.

또한, 상기 비활성 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method characterized in that the inert gas is a nitrogen gas.

또한, 상기 탈에테르화 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, the deetherification catalyst is a compound represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서, X는 지르코늄(Zr) 또는 티타늄(Ti)이고, Y는 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)이고, a, b, c 및 d는 정수이고, a/b는 1~10 및 a/c는 5~30을 만족하고, d는 각 원소의 원자가를 만족시키는 정수.)B, c, and d are integers, a / b is 1 to 10, and a / b is an integer of 1 to 10, and X is at least one element selected from the group consisting of zirconium (Zr) and titanium (Ti), Y is magnesium (Mg) c is an integer satisfying 5 to 30, and d is a valence of each element.

또한, 상기 탈에테르화 촉매는 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 100중량부에 대하여 1~10중량부 함량으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the de-etherification catalyst is used in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the alkyl ether compound of the isoprene.

또한, 상기 (f) 단계는 접촉분해 촉매 존재하에 온도 300~700℃ 및 공간속도 1~20h-1 조건의 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, the step (f) is carried out in a reactor in the presence of a catalytic cracking catalyst at a temperature of 300 to 700 ° C. and a space velocity of 1 to 20 h -1 .

또한, 상기 접촉분해 촉매는 중형기공 형성능을 구비한 탄소 분말 또는 나노 고분자 입자를 주형물질로 사용하여 제조된 ZSM-5 촉매인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also, the catalytic cracking catalyst is a ZSM-5 catalyst prepared by using a carbon powder having nanoporous pore-forming ability or nanoporous particles as a template material.

또한, 상기 ZSM-5 촉매는 양이온 치환된 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Also provided is a process wherein the ZSM-5 catalyst is cationically substituted.

또한, 상기 ZSM-5 촉매 100중량부에 대하여 인 전구체 0.01~10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.The method may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of phosphorus precursor based on 100 parts by weight of the ZSM-5 catalyst.

또한, 상기 ZSM-5 촉매는 희토류 금속 또는 알칼리 금속을 상기 인에 대한 원자비로 2 이하의 함량으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Further, the ZSM-5 catalyst further comprises a rare earth metal or an alkali metal in an amount of 2 or less in terms of an atomic ratio to the phosphorus.

본 발명에 따르면, 납사 크래킹 후 생성되는 C5 혼합 유분으로부터 1회의 추출증류 및 이량화 공정을 거쳐 피퍼릴렌 및 시클로펜타디엔을 경제적으로 회수하고, 이소프렌을 고순도로 회수함과 동시에 남은 잔여 유분을 촉매 접촉분해하여 효율적으로 에틸렌, 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하는 최적 공정조건의 통합적 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, piperalylene and cyclopentadiene can be economically recovered through one extraction distillation and dimerization process from C5 mixed oil produced after naphtha cracking, recovering isoprene in high purity and recovering the remaining residual oil by catalytic contact It is possible to provide an integrated method of optimum process conditions for producing light olefins containing ethylene and propylene efficiently by decomposition.

또한, C5 혼합 유분으로부터 이소프렌 분리 공정에서 반응추출법을 이용함으로써 종래 다단의 증류를 통한 이소프렌 등의 분리에 따른 고에너지 소비 문제를 원천적으로 해결할 수 있다.In addition, by using the reaction extraction method in the isoprene separation process from the C5 mixed oil, it is possible to solve the high energy consumption problem due to the separation of isoprene and the like through the conventional multi-stage distillation.

또한, C5 유분으로부터 최적 조합된 촉매 화합물을 이용하여 선택적으로 추출된 알킬에테르 화합물을 탈에테르화시키는 방법을 제시함으로써 C5 유분으로부터 반응추출을 이용한 이소프렌 분리 기술에서 공업적 적용이 가능한 신공정을 제공할 수 있다.Also, it is possible to provide a new process which can be industrially applied in the isoprene separation technique using reaction extraction from C5 oil by suggesting a method of de-etherifying an alkyl ether compound selectively extracted using an optimally combined catalyst compound from C5 oil .

또한, 경질 올레핀 제조를 위한 촉매 접촉분해 공정에서 탄소를 주형물질로 하여 제조된 미세 및 중형기공성 특성을 동시에 지니는 ZSM-5 촉매를 이용하여 반응물 및 중간 생성물의 확산을 향상시켜 도입되는 인 및 금속에 의한 기공 막힘 현상을 최소화하여 활성 저하를 억제함으로써 C5 혼합 유분으로부터 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, phosphorus and metals introduced by improving the diffusion of reactants and intermediates by using ZSM-5 catalyst having both fine and mesoporous porosity characteristics prepared from carbon as a template in a catalytic catalytic cracking process for producing light olefins The yield of the production of light olefins including ethylene and propylene can be improved from the C5 mixed oil.

또한, 미세 및 중형기공의 특성을 갖는 ZSM-5 촉매에 인과 희토류 금속 또는 알칼리 금속을 도입하여, 촉매의 산 및 염기 특성의 조절이 가능하고 최적 원자비를 갖고, 장시간에 걸쳐 안정적이며 우수한 활성을 갖는 미세 및 중형기공 ZSM-5 촉매를 이용함으로써, C5 혼합 유분으로부터 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀의 생성을 더욱 향상시킬 수 있다.It is also possible to control the acid and base properties of the catalyst by introducing phosphorus and a rare earth metal or an alkali metal into the ZSM-5 catalyst having fine and mesoporous pore characteristics, and having stable and excellent activity over a long period of time The production of light olefins including ethylene and propylene can be further improved from the C5 mixed oil by using the fine and mesoporous zeolite ZSM-5 catalyst.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 납사 크래킹 공정 후 C5 혼합 유분으로부터 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법을 설명하는 개략 공정도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic flow diagram illustrating a method for producing olefins ranging from 2 to 5 carbon atoms from a C5 blended oil fraction after a naphtha cracking process in accordance with an embodiment of the present invention. FIG.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims and their equivalents. It is to be understood that various equivalents and modifications may be substituted for those at the time of the present application.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 납사 크래킹 공정 후 C5 혼합 유분으로부터 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법을 설명하는 개략 공정도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic flow diagram illustrating a method for producing olefins in the range of 2 to 5 carbon atoms from a C5 blended oil fraction after a naphtha cracking process according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명은 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 혼합 유분(C5)으로부터 (a) 상기 C5 혼합 유분(C5)을 원료로 추출증류(extractive distillation)하여 파라핀(parffin) 화합물을 포함하는 제1스트림(1)과 디엔(diene) 화합물을 포함하는 제2스트림(2)으로 분리하는 단계; (b) 상기 제2스트림(2)에 포함된 시클로펜타디엔(cyclopentadiene)을 이량화(dimerization)하여 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene)을 포함하는 제3스트림(3)을 생성하는 단계; (c) 상기 제3스트림(3)으로부터 디시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌(piperylene)을 포함하는 제4스트림(4)과 이소프렌(isoprene)을 포함하는 제5스트림(5)으로 분리하는 단계; (d) 상기 제4스트림(4)으로부터 디시클로펜타디엔을 포함하는 스트림(4a), 피퍼릴렌을 포함하는 스트림(4b) 및 잔류스트림(4c)을 회수하는 단계; (e) 상기 제5스트림(5)으로부터 반응추출(reactive extraction)법을 이용하여 이소프렌을 회수하는 단계; 및 (f) 상기 제1스트림(1)을 촉매 접촉분해하여 에틸렌(ethylene) 및 프로필렌(propylene)을 포함하는 스트림(1a)으로 전환하는 단계를 포함하여 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법을 개시한다.Referring to FIG. 1, the present invention provides a process for producing caffeine from a C5 mixed oil (C5) produced after a naphtha cracking process, comprising the steps of: (a) extracting the C5 mixed oil (C5) as a raw material by extractive distillation to obtain a paraffin compound Into a first stream (1) and a second stream (2) comprising a diene compound; (b) dimerizing the cyclopentadiene contained in the second stream (2) to produce a third stream (3) comprising dicyclopentadiene; (c) separating the third stream (3) into a fourth stream (4) comprising dicyclopentadiene and piperylene and a fifth stream (5) comprising isoprene; (d) recovering a stream (4a) comprising dicyclopentadiene, a stream (4b) comprising piperylene, and a residual stream (4c) from said fourth stream (4); (e) recovering isoprene from the fifth stream (5) using a reactive extraction method; And (f) converting the first stream (1) into a stream (1a) comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking to produce an olefin in the range of 2 to 5 carbon atoms .

본 발명에서 C5 혼합 유분(C5)은 기존 납사 크래킹 센터에서 부산물로 디부타나이저(debutanizer) 탑저와 디펜타나이저(depentanizer) 탑정에서 생성되는 탄소수 4~7 범위의 유분으로, 탄소수 5인 파라핀 화합물 20~60중량%; 탄소수 5인 디엔 화합물 20~60중량%; 및 그 밖의 탄소수 5인 모노엔을 포함하는 잔여 혼합물 10~50중량%;로 이루어진 유분일 수 있다. 상기 탄소수 5인 파라핀 화합물로는 n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane) 및 시클로펜탄(cyclopentane)을 포함할 수 있고, 상기 탄소수 5인 디엔 화합물로는 이소프렌(isoprene), 시클로펜타디엔(cyclopentadiene) 및 피퍼릴렌(piperylene)을 비롯하여 1,4-펜타디엔(1,4-pentadiene) 및 2,3-펜타디엔(2,3-pentadiene)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 잔여 혼합물로는 1-펜텐(1-pentene), 2-메틸-1-부텐(2-methyl-1-butene), 2-펜텐(2-pentene), 2-메틸-2-부텐(2-methyl-2-butene) 등의 모노엔(monoene) 화합물을 비롯하여 디메틸아세틸렌(dimethylacetylene)과 일부 C4 화합물 및 C6 화합물을 포함할 수 있다.In the present invention, the C5 mixed oil (C5) is a by-product in the existing naphtha cracking center, and is a paraffinic compound 20 having a carbon number of 5 and having a carbon number of 4 to 7 produced in the debutanizer column and the depentanizer column To 60% by weight; 20 to 60% by weight of a diene compound having 5 carbon atoms; And 10 to 50% by weight of a residual mixture comprising other mono-ene having 5 carbon atoms. The paraffin compound having 5 carbon atoms may include n-pentane, isopentane and cyclopentane. Examples of the diene compound having 5 carbon atoms include isoprene, cyclopentadiene, cyclopentadiene and piperylene, as well as 1,4-pentadiene and 2,3-pentadiene. Also, the residual mixture may include 1-pentene, 2-methyl-1-butene, 2-pentene, 2-methyl-2-butene), dimethylacetylene (dimethylacetylene) and some C4 compounds and C6 compounds.

본 발명에서 상기 (a) 단계는 추출증류를 이용하여 C5 혼합 유분(C5) 중 디엔 화합물을 추출 분리하는 공정으로, C5 혼합 유분(C5)이 추출증류탑(101)의 중간으로 공급되어 추출증류탑(101) 상부에서 유입되는 추출제(E)와 접촉되도록 하여, 탑정으로 n-펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄 등의 파라핀 화합물이 풍부한 제1스트림(1)이 배출되고, 탑저로 디시클로펜타디엔, 피퍼릴렌, 이소프렌 등의 디엔 화합물이 풍부한 제2스트림(2)이 배출된다. 탑정으로 배출되는 상기 제1스트림(1)은 촉매 접촉분해 반응기로 이송되며 구체적인 설명은 후술한다.In the present invention, the step (a) is a step of extracting and separating the diene compound in the C5 mixed oil (C5) by using the extractive distillation. The C5 mixed oil (C5) is supplied to the middle of the extractive distillation column (101) The first stream 1 rich in paraffin compounds such as n-pentane, isopentane, and cyclopentane is discharged from the top of the column to be brought into contact with the extractant E fed from the top of the column 1, and dicyclopentadiene, The second stream 2 rich in diene compounds such as piperylene and isoprene is discharged. The first stream (1) discharged to the column top is transferred to the catalytic cracking reactor, and a detailed description will be given later.

상기 추출증류탑(101)의 운전 조건은 하부에서 온도 80~200℃ 및 압력 1~20기압으로 설정될 수 있고, 바람직하게는 온도 100~160℃ 및 압력 1~10기압으로 설정될 수 있으며, 추출증류탑(101)의 분리판은 80~250단, 바람직하게는 100~180단의 범위를 갖도록 할 수 있다.The operation conditions of the extractive distillation column 101 may be set at a temperature of 80 to 200 ° C. and a pressure of 1 to 20 atmospheric pressure in the lower part and preferably at a temperature of 100 to 160 ° C. and a pressure of 1 to 10 atm, The separation plate of the distillation column 101 may have a range of 80 to 250 stages, preferably 100 to 180 stages.

본 발명에서 상기 추출증류탑(101)에서 사용되는 디엔 화합물 추출제(E)로 특별히 한정되는 것은 아니고, 탄화수소 혼합 유분에서 디엔 화합물을 추출해 낼 수 있는 아세토니트릴(acetonitrile; ACN), 디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), β-메톡시프로피오니트릴(β-methoxypropionitrile; MOPN), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAC), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide; DMSO), γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; γ-BL), 푸르푸랄(furfural), 아세톤(acetone), 이온성 액체나 이들의 혼합 추출제 또는 이들과 물의 혼합액이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아세토니트릴, 디메틸포름아미드 또는 N-메틸피롤리돈이 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 디메틸포름아미드가 사용될 수 있다.In the present invention, the diene compound extractant (E) used in the extractive distillation column (101) is not particularly limited. Examples thereof include acetonitrile (ACN), dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone (NMP), 棺 -methoxypropionitrile (MOPN), dimethylacetamide (DMAC), dimethylsulfoxide (DMSO) , γ-butyrolactone (γ-BL), furfural, acetone, an ionic liquid, a mixed extractant of these, or a mixture of these and water may be used, Nitrile, dimethylformamide or N-methylpyrrolidone may be used, and more preferably, dimethylformamide may be used.

이때, 상기 디엔 화합물 추출제(E)는 공급되는 C5 혼합 유분(C5) 총 중량 대비 3~10배의 중량비로, 바람직하게는 5~8배의 중량비로 사용될 수 있다.At this time, the diene compound extractant (E) may be used in a weight ratio of 3 to 10 times, preferably 5 to 8 times, by weight based on the total weight of the C5 mixed oil component (C5) to be supplied.

상기 추출증류탑(101)에서 추출증류에 사용된 추출제(E)는 상기 제2스트림(2)에 포함되어 회수탑(102)으로 이송된다. 상기 회수탑(102)에서, 추출된 디엔 화합물 풍부 스트림(2a)은 이량화 반응기(103)로 이송되는 반면, 상기 추출제(E)는 상기 제2스트림(2)으로부터 회수되어 상기 추출증류탑(101)으로 재순환(2b)될 수 있다. 이와 같은 추출제(E)와 디엔 화합물이 풍부한 스트림(2a)의 분리 방법에 특별히 제한되는 것은 아니고, 필요에 따라 회수탑(102)의 개수와 재순환비 및 온도를 설정하여 수행될 수 있다.The extractant (E) used for the extractive distillation in the extractive distillation column (101) is included in the second stream (2) and transferred to the recovery column (102). In the recovery column 102, the extracted diene compound rich stream 2a is transferred to the dimerization reactor 103 while the extractant E is withdrawn from the second stream 2 and passed through the extractive distillation column Lt; RTI ID = 0.0 > 101). ≪ / RTI > The method of separating the stream 2a containing the extractant E and the diene compound is not particularly limited and may be performed by setting the number of the recovering columns 102, the recycle ratio, and the temperature, if necessary.

본 발명에서 상기 (b) 단계는 상기 제2스트림(2)에 포함된 시클로펜타디엔을 디시클로펜타디엔으로 이량화하기 위한 공정으로, 상기 회수탑(102)에서 분리된 디엔 화합물 풍부 스트림(2a) 중 시클로펜타디엔을 대략 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상의 전환율로 디시클로펜타디엔으로 이량화하여 디시클로펜타디엔을 포함하는 제3스트림(3)을 생성하게 된다.In the present invention, the step (b) is a step of dimerizing the cyclopentadiene contained in the second stream (2) into dicyclopentadiene, and the diene compound rich stream (2a ) Is cyclized to dicyclopentadiene at a conversion of at least about 90%, preferably at least 95%, to produce a third stream (3) comprising dicyclopentadiene.

상기 이량화 반응은 온도 40~110℃ 및 30~300㎪ 조건의 연속흐름식 반응기에서 2~10시간 수행될 수 있고, 필요에 따라 반응기 온도와 압력은 조절 가능하며, 반응조건의 스텝 운전 및 리싸이클이 가능할 수 있다.The dimerization reaction can be carried out in a continuous flow type reactor at a temperature of 40 to 110 ° C and 30 to 300 ° C for 2 to 10 hours. If necessary, the temperature and pressure of the reactor can be controlled. May be possible.

본 발명에서 상기 (c) 단계는 상기 제3스트림(3)으로부터 이소프렌을 분리하는 공정으로, 상기 제3스트림(3)이 제1분리탑(104) 중간 부분에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 저비점인 이소프렌이 풍부한 제5스트림(5)이 배출되고, 탑저로 고비점인 이량화된 디시클로펜타디엔, 피퍼릴렌, 이들의 일부 올리고머 등을 포함하는 제4스트림(4)이 배출된다. 이때, 상기 제1분리탑(104)은 비점 차이를 이용하는 단증류에 따를 수 있고, 충분한 분리가 이루어지는 것을 고려하여 분리탑 수, 분리판 수 등을 설정할 수 있고, 이에 따라 세부 운전 조건을 적절히 조절할 수 있다.In the present invention, the step (c) is a step of separating isoprene from the third stream (3). The third stream (3) flows into the middle part of the first separation column (104) The fifth stream 5 rich in isoprene which is low in boiling point is discharged, and the fourth stream 4 containing the dicycloheptadienes, piperylenes, piperylenes and some oligomers thereof, which are dimerized at a high boiling point, is discharged. At this time, the first separating tower 104 can follow the simple distillation using the boiling point difference, and the number of the separation tower, the number of separation plates and the like can be set in consideration of sufficient separation, .

본 발명에서 상기 (d) 단계는 유용 물질인 디시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌을 회수하는 공정으로, 상기 제4스트림(4)이 제2분리탑(105) 중간 부분에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 저비점인 피퍼릴렌이 풍부한 스트림(4b)이 회수되고, 측부로 고비점인 디시클로펜타디엔이 풍부한 스트림(4a)이 회수되고, 탑저로 미분리된 디엔 화합물 등을 포함하는 잔류스트림(4c)이 회수된다. 이때, 상기 잔류스트림(4c)은 상기 제3스트림(3)과 함께 상기 제1분리탑(104)으로 재순환되도록 하거나, 상기 제4스트림(4)과 함께 상기 제2분리탑(105)으로 재순환되도록 할 수도 있다. 이때, 상기 제2분리탑(105) 역시 비점 차이를 이용하는 단증류에 따를 수 있고, 충분한 분리가 이루어지는 것을 고려하여 분리탑 수, 분리판 수 등을 설정하고, 이에 따라 세부 운전 조건을 적절히 조절할 수 있다.In the present invention, step (d) is a step of recovering dicyclopentadiene and piperylene, which are useful materials, and the fourth stream (4) flows into the middle part of the second separation column (105) Rich stream 4b having a low boiling point is recovered and a stream 4a rich in dicyclopentadiene having a high boiling point at the side is recovered and a residual stream 4c containing a diene compound or the like not separated into a bottom stream is recovered, Is recovered. At this time, the residual stream 4c may be recycled to the first separation column 104 together with the third stream 3, or recirculated to the second separation column 105 together with the fourth stream 4 . At this time, the second separation tower 105 can also be subjected to the simple distillation using the boiling point difference, and the number of the separation tower, the number of separation plates, and the like can be set in consideration of sufficient separation, have.

본 발명에서 상기 (e) 단계는 상기 제1분리탑(104)에서 디시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌을 포함하는 상기 제4스트림(4)과 분리된 이소프렌이 풍부한 제5스트림(5)으로부터 고순도의 이소프렌을 회수하는 공정으로, 이하 본 발명에 따른 반응추출법을 이용하여 이소프렌을 회수하는 공정에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.In the present invention, the step (e) may further comprise the step of separating the fourth stream (4) containing dicyclopentadiene and piperylene from the fifth stream (5) enriched in isoprene from the first separation column (104) The step of recovering isoprene, and the step of recovering isoprene using the reaction extraction method according to the present invention will now be described in more detail.

본 발명에 따른 반응추출법은 상기 제5스트림(5)을 에테르화 촉매 존재하에 선택적으로 알코올과 에테르화 반응(제1반응)시켜 선택적으로 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 형성하고, 비점 차이에 의해 알킬에테르를 분리한 후, 다시 알킬에테르 화합물을 탈에테르화 촉매 존재하에 탈에테르화 반응(제2반응)시켜 고순도의 이소프렌을 회수하는 공정이다. 예컨대, 상기 (e) 단계는 (e-1) 알코올 및 에테르화 촉매 존재하에 상기 제5스트림(5)내의 상기 이소프렌을 선택적으로 에테르화 반응시켜 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 포함하는 제6스트림(6)을 생성하는 단계; (e-2) 비활성 가스(G) 및 탈에테르화 촉매 존재하에 상기 제6스트림(6)내의 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 탈에테르화 반응시켜 이소프렌을 포함하는 제7스트림(7)을 생성하는 단계; 및 (e-3) 상기 제7스트림(7)으로부터 이소프렌을 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.In the reaction extraction method according to the present invention, the fifth stream (5) is selectively etherified (first reaction) with an alcohol in the presence of an etherification catalyst to selectively form an alkyl ether compound of isoprene, And then dealkylating the alkyl ether compound in the presence of a de-etherification catalyst (second reaction) to recover highly pure isoprene. For example, step (e) may comprise (e-1) selectively etherifying the isoprene in the fifth stream (5) in the presence of an alcohol and an etherification catalyst to form a sixth stream 6 comprising an alkyl ether compound of isoprene ); (e-2) de-etherifying the alkyl ether compound of isoprene in the sixth stream (6) in the presence of an inert gas (G) and a de-etherification catalyst to produce a seventh stream (7) comprising isoprene step; And (e-3) separating isoprene from the seventh stream (7).

상기 (e-1) 단계는 온도 50~250℃ 및 압력 0.5~10기압 조건의 에테르화 촉매반응기(106)에서 수행될 수 있다.The step (e-1) may be performed in the etherification catalytic reactor 106 at a temperature of 50 to 250 ° C and a pressure of 0.5 to 10 atm.

상기 (e-1) 단계에서 상기 제6스트림(6)은 제3분리탑(107)에 유입되어 비점 차이에 따라 미반응된 이소프렌 및 알코올을 포함하는 스트림(6b)은 탑정을 통해 상기 에테르화 촉매반응기로 재순환되고, 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림(6a)은 탑저로 배출된다. 이때, 상기 제3분리탑(107)은 1~40개의 분리판을 구비하고, 하부 온도가 40~100℃인 것이 바람직하다.In the step (e-1), the sixth stream (6) flows into the third separation column (107), and the stream (6b) containing unreacted isoprene and alcohol due to the difference in boiling point is subjected to the etherification The stream 6a recycled to the catalytic reactor and comprising the alkyl ether compound of isoprene and the residue slurry of the etherification catalyst is discharged to the bottom of the column. At this time, it is preferable that the third separation column 107 has 1 to 40 separation plates, and the lower temperature is 40 to 100 ° C.

또한, 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림(6a)은 제4분리탑(108)에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 포함하는 스트림(6c)이 배출되고, 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림(6d)은 탑저를 통해 상기 에테르화 촉매반응기(106)로 재순환될 수 있다. 이때, 상기 제4분리탑(108)은 1~20개의 분리판을 구비하고, 하부 온도가 80~200℃인 것이 바람직하다.In addition, the stream 6a containing the alkyl ether compound of isoprene and the residue slurry of the etherification catalyst flows into the fourth separation tower 108, and the stream containing the alkyl ether compound of the isoprene as a top- The stream 6d containing the residue slurry of the etherification catalyst may be recycled to the etherification catalytic reactor 106 through the bottom. At this time, it is preferable that the fourth separation tower 108 has 1 to 20 separation plates, and the lower temperature is 80 to 200 ° C.

일반적으로 이소프렌과 같은 C5 디엔계 화합물을 알킬에테르 화합물로 알콕시화하기 위해서는 알코올(CnH2n +1OH)을 첨가한 에테르화 반응이 요구된다. 예를 들어, 하기 화학식 2로 표시되는 이소프렌을 이용하여 알콕시화(alkonylation) 반응을 수행하면, 이소프렌의 1~4번 탄소자리 중 어느 한 자리 이상에 알코올이 첨가되어 다양한 종류의 알킬에테르 화합물이 생성될 수 있다.Generally, in order to alkoxylate a C5 diene compound such as isoprene with an alkyl ether compound, an etherification reaction in which an alcohol (C n H 2n + 1 OH) is added is required. For example, when an alkonylation reaction is carried out using isoprene represented by the following formula (2), an alcohol is added to at least one of the carbon positions 1 to 4 of isoprene to generate various kinds of alkyl ether compounds .

[화학식 2](2)

Figure pat00002
Figure pat00002

이때, 2번을 제외한 탄소자리에 알콕시기(OCnH2n +1)가 도입되면 화합물의 구조 변환으로 인해 다시 이소프렌으로 전환되는 것이 어려워지는 것에 비하여, 2번 탄소자리에 알콕시기가 도입될 경우 필요에 따라 화학반응을 통해 다시 이소프렌 화합물로 전환시킬 수 있다. 따라서, 이소프렌만을 선택적으로 분리하거나 정제할 때 유용하게 적용될 수 있게 된다.If an alkoxy group (OC n H 2n + 1 ) is introduced to the carbon site except for the number 2, it is difficult to convert it to isoprene again due to the structural change of the compound. In contrast, when an alkoxy group is introduced Can be converted into an isoprene compound through a chemical reaction. Therefore, it is useful to selectively isolate or purify only isoprene.

본 발명에서는 상기 제5스트림(5)내의 이소프렌을 알킬에테르 화합물로 전환 시 2번 탄소자리에 알콕시기가 선택적으로 도입되도록 하기 위해 특정 알코올 및 에테르화 촉매가 사용될 수 있다.In the present invention, when the isoprene in the fifth stream (5) is converted into an alkyl ether compound, a specific alcohol and an etherification catalyst may be used in order to selectively introduce an alkoxy group into the 2-carbon site.

먼저, 에테르화 촉매 존재하에서 제5스트림(5)에 탄소수 1~4의 알코올(ROH)을 부가 반응시켜 제5스트림(5) 중 이소프렌의 2번 탄소자리에만 선택적으로 알콕시기(-OR)가 도입되도록 할 수 있다. 상기 알코올(ROH)의 탄소수가 4를 초과할 경우에는 입체장애(steric hindrance)로 인해 이소프렌에 알콕시기가 도입되기 어려울 수 있다. 여기서, 사용 가능한 알코올(ROH)은 탄소수 1~4의 알킬기를 갖는 알코올에서 선택되는 1종 이상의 알코올일 수 있으며, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올, 더욱 바람직하게는 메탄올이 사용될 수 있다.First, an alcohol (ROH) having a carbon number of 1 to 4 is added to the fifth stream (5) in the presence of an etherification catalyst to selectively introduce an alkoxy group (-OR) into the second carbon position of the isoprene in the fifth stream Can be introduced. If the number of carbon atoms of the alcohol (ROH) exceeds 4, it may be difficult to introduce an alkoxy group into isoprene due to steric hindrance. The alcohol (ROH) usable herein may be at least one alcohol selected from alcohols having 1 to 4 carbon atoms, and examples thereof include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol and isobutanol , Preferably methanol or ethanol, more preferably methanol.

상기 알코올(ROH)은 에테르화 반응물 전체 100중량부에 대하여 30~85중량부, 바람직하게는 40~60중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 알코올(ROH)을 과량 사용할 경우에는 알코올(ROH)로부터 유래되는 알콕시기가 이소프렌의 탄소자리에 선택성 없이 도입될 수 있으므로, 선택적인 알킬에테르 전환에 높은 반응활성을 나타내도록 알코올(ROH) 함량을 유의적으로 감소시켜 알코올 회수에 따르는 회수 비용을 절약하고 효율성을 높일 수 있다.The alcohol (ROH) may be used in an amount of 30 to 85 parts by weight, preferably 40 to 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the etherification reaction product. When the above-mentioned alcohol (ROH) is used in an excessive amount, an alkoxy group derived from alcohol (ROH) can be introduced into the carbon sites of isoprene selectively, so that the content of alcohol (ROH) It is possible to reduce the recovery cost due to the alcohol recovery and increase the efficiency.

상기 알코올(ROH)의 종류 및 함량과 더불어, 본 발명에서는 상기 에테르화 촉매로 높은 활성을 갖는 특정 귀금속 촉매를 채택함으로써 선택적 알킬에테르 전환에 대한 반응활성을 보다 상승시킬 수 있다. 이러한 에테르화 촉매로 예를 들면, 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 레늄(Re)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 화합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 로듐 화합물 또는 코발트 화합물과 그 이외의 성분을 포함하는 화합물의 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 촉매 화합물은 초산염, 염화물, 질산염, 황산염 등의 염(salt)이나, 전이금속 착물(complex) 형태로 사용될 수 있다.In addition to the kind and content of the alcohol (ROH), the reaction activity for selective alkyl ether conversion can be further enhanced by adopting a specific noble metal catalyst having high activity as the etherification catalyst in the present invention. As such an etherification catalyst, for example, a compound selected from the group consisting of Co, Rh, Ir, Pd, Ru, Ni, A compound containing more than two species may be used, and preferably a combination of a compound containing a rhodium compound or a cobalt compound and other components may be used. Such a catalyst compound can be used in the form of a salt such as a nitrate, a chloride, a nitrate, a sulfate or the like, or a transition metal complex.

상기 에테르화 촉매는 상기 금속 성분들만으로 구성될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 통상의 촉매 담체에 담지된 형태로도 사용 가능하다. 촉매 담체는 넓은 표면적을 이용하여 활성 성분을 넓게 분산시키고, 촉매 성분만으로는 얻기 어려운 열적, 기계적 안정성 등의 물리적 성질을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 예를 들면, 당 기술분야에서 통상적인 미립자의 지지체에 코팅하는 방법을 적용할 수 있다. 사용 가능한 촉매 담체로는 다공성 탄소, 무기물 또는 금속 산화물, 이온교환수지 등이 있으며, 상기 촉매 담체는 촉매 조성에 대하여 1~95중량%, 바람직하게는 2~90중량% 범위의 함량으로 사용될 수 있다. 다공성 탄소로는 활성탄, 탄소섬유, 흑연섬유, 탄소나노뉴브 등이 사용 가능하며, 무기물은 실리카, 알루미나, 제올라이트 등이 사용될 수 있다. 또한, 금속 산화물은 텅스텐, 티타늄, 니켈, 루테늄, 탄탈륨, 코발트 등의 금속산화물이 사용될 수 있다.The etherification catalyst may be composed of only the metal components, and may be used in a form supported on a conventional catalyst carrier known in the art. The catalyst carrier is used to broadly disperse the active component using a large surface area and to improve the physical properties such as thermal and mechanical stability difficult to obtain with only the catalyst component. For example, Coating method can be applied. The catalyst support may be porous carbon, inorganic or metal oxide, ion exchange resin, etc. The catalyst support may be used in an amount ranging from 1 to 95% by weight, preferably from 2 to 90% by weight, based on the catalyst composition . As the porous carbon, activated carbon, carbon fiber, graphite fiber, carbon nano-nib and the like can be used. As the inorganic material, silica, alumina, zeolite and the like can be used. As the metal oxide, metal oxides such as tungsten, titanium, nickel, ruthenium, tantalum, and cobalt may be used.

상기 에테르화 촉매의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 이소프렌 100중량부에 대하여 0.1~10중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 촉매 함량이 0.1중량부 미만일 경우 원하는 선택적 알킬에테르 전환 반응이 늦어질 수 있고, 10중량부를 초과할 경우 반응속도는 빨라지게 되나, 이소프렌에 도입되는 알콕시기의 탄소위치 선택성이 저하될 수 있다.The amount of the etherification catalyst to be used is not particularly limited, but may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of isoprene. If the catalyst content is less than 0.1 part by weight, the desired selective alkyl ether conversion reaction may be delayed. If the catalyst content exceeds 10 parts by weight, the reaction rate may be accelerated but the carbon position selectivity of the alkoxy group introduced into isoprene may be lowered.

상기 (e-2) 단계는 온도 100~300℃, 압력 1~5기압 및 공간속도(WHSV, 액체가 공급될 때의 공간속도) 0.5~10h-1 조건, 바람직하게는 온도 150~250℃, 압력 1~2기압 및 공간속도 1~2h-1 조건의 불균일계 기상반응기인 탈에테르화 촉매반응기(109)에서 수행될 수 있다.The step (e-2) may be carried out under the conditions of a temperature of 100 to 300 ° C, a pressure of 1 to 5 atm and a space velocity (WHSV, space velocity when the liquid is supplied) of 0.5 to 10 h -1 , Etherification catalytic reactor 109, which is a heterogeneous gas phase reactor at a pressure of 1 to 2 atmospheres and a space velocity of 1 to 2 h < -1 >.

상기 (e-2) 단계에서 상기 제7스트림(7)은 플래쉬 드럼(flash drum)(110)에 유입되어 상기 비활성 가스(G)는 상기 탈에테르화 촉매반응기(109)로 재순환되고, 이소프렌, 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림(7a)은 상기 비활성 가스(G)와 분리되어 배출된다.In the step (e-2), the seventh stream 7 flows into the flash drum 110 so that the inert gas G is recycled to the de-etherification catalytic reactor 109, and the isoprene, A stream 7a containing an alkyl ether compound of an unreacted isoprene and an alcohol is discharged separately from the inert gas (G).

또한, 상기 이소프렌, 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림(7a)은 제5분리탑(111)에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 이소프렌(7b)이 회수되고, 상기 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림(7c)은 탑저를 통해 상기 탈에테르화 촉매반응기(109)로 재순환될 수 있다. 이때, 상기 제5분리탑(111)은 하부 온도가 40~100℃인 것이 바람직하다.Also, the stream 7a containing the isoprene, the unreacted isoprene alkyl ether compound and the alcohol flows into the fifth separation tower 111, and the isoprene 7b is recovered on the top according to the difference in boiling point. The stream 7c comprising the alkyl ether compound of the reacted isoprene and the alcohol can be recycled to the de-etherification catalytic reactor 109 via the bottom. At this time, it is preferable that the lower temperature of the fifth separation tower 111 is 40 to 100 ° C.

상기 (e-2) 단계에서 수행되는 탈에테르화 반응(제2반응)에서는 전이금속 촉매를 사용하기 때문에 발화를 방지하기 위해 질소, 아르곤 등의 비활성 가스(G)가 운반기체로 사용되어 예열된 알킬에테르가 탈에테르화 촉매층을 거치면서 이소프렌과 메탄올로 전환되도록 하게 된다.Since the transition metal catalyst is used in the de-etherification reaction (second reaction) performed in the step (e-2), an inert gas (G) such as nitrogen or argon is used as a carrier gas to prevent ignition, So that the alkyl ether is converted to isoprene and methanol through the deetherification catalyst bed.

본 발명에서 상기 탈에테르화 반응(제2반응)에 사용되는 상기 탈에테르화 촉매는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 사용될 수 있다.In the present invention, the deetherification catalyst used in the de-etherification (second reaction) may be a compound represented by the following general formula (3).

[화학식 3](3)

Figure pat00003
Figure pat00003

(여기서, X는 지르코늄(Zr) 또는 티타늄(Ti)이고, Y는 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)이고, a, b, c 및 d는 정수이고, a/b는 1~10 및 a/c는 5~30을 만족하고, d는 각 원소의 원자가를 만족시키는 정수.)B, c, and d are integers, a / b is 1 to 10, and a / b is an integer of 1 to 10, and X is at least one element selected from the group consisting of zirconium (Zr) and titanium (Ti), Y is magnesium (Mg) c is an integer satisfying 5 to 30, and d is a valence of each element.

상기 탈에테르화 촉매 화합물 구성에서 탈에테르화 반응 시 알킬에테르 전환율 및 이소프렌의 선택율 향상을 극대화하기 위해서는 상기 X 성분으로 티타늄(Ti)을, 상기 Y 성분으로 마그네슘(Mg)을 선택하는 것이 바람직하고, 상기 a/b는 1~3, 상기 a/c는 10~20을 만족하는 것이 바람직하다.In order to maximize the improvement of the alkyl ether conversion and selectivity of isoprene in the deetherification reaction in the deetherification catalyst compound constitution, it is preferable to select titanium (Ti) as the X component and magnesium (Mg) as the Y component, It is preferable that the ratio a / b is 1 to 3 and the ratio a / c is 10 to 20.

본 발명에서 사용되는 상기 탈에테르화 촉매 화합물은 구성하는 각 원소에 대한 전구체를 이용하여 제조될 수 있으며, 예를 들어, 실리콘(Si)원으로 콜로이달 실리카(colloidal silica), 지르코늄(Zr)원으로 지르코늄옥시염화물 또는 질산지르코늄, 티타늄(Ti)원으로 사염화티탄, 마그네슘(Mg)원으로 질산마그네슘, 칼슘(Ca)원으로 아세트산칼슘을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전구체들을 선택하고 증류수를 가한 후 과잉의 암모니아수를 첨가하여 겔(gel) 타입의 촉매를 생성하고, 이후, 생성된 촉매를 여과(filtration)시키고, 100~120℃에서 12~36시간 정도 건조시킨 후 500~700℃에서 소성시켜 탈에테르화 촉매를 제조할 수 있다.The deetherification catalyst compound used in the present invention may be prepared by using a precursor for each constituent element. For example, the deetherification catalyst compound may be a compound selected from the group consisting of colloidal silica, zirconium (Zr) Titanium tetrachloride as a titanium (Ti) source, magnesium nitrate as a magnesium (Mg) source, and calcium acetate as a calcium (Ca) source may be used, but the present invention is not limited thereto. After the precursors are selected and distilled water is added, excess ammonia water is added to produce a gel type catalyst, and then the resulting catalyst is filtered and dried at 100 to 120 ° C for about 12 to 36 hours And then calcined at 500 to 700 ° C to prepare a de-etherification catalyst.

상기 제조된 탈에테르화 촉매는 상기 성분들만으로 구성될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 통상의 촉매 담체에 담지된 형태로도 사용 가능하고, 촉매 담체에 관한 구체적인 적용 방법은 전술한 에테르화 촉매에서와 동일하게 적용될 수 있다.The deetherification catalyst may be composed of only the above components and may be used in a form supported on a conventional catalyst carrier known in the technical field of the present invention. The same applies to the catalyst.

상기 탈에테르화 촉매의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 100중량부에 대하여 1~10중량부, 바람직하게는 2~5중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 촉매 함량이 1중량부 미만일 경우 탈에테르화 반응시간이 상대적으로 길어질 수 있고, 10중량부를 초과할 경우 부반응의 발생으로 알킬에테르 전환율 및 이소프렌 등의 선택율이 저하될 수 있다.The amount of the deetherification catalyst to be used is not particularly limited, but may be 1 to 10 parts by weight, preferably 2 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the alkyl ether compound of isoprene. If the amount of the catalyst is less than 1 part by weight, the de-etherification reaction time may be relatively long. If the amount of the catalyst is more than 10 parts by weight, the conversion of alkyl ether and the selectivity to isoprene may be decreased.

상기 (e-3) 단계에서는 상기 탈에테르화 반응으로 생성되는 상기 제7스트림(7)으로부터 상기 플래쉬 드럼(110) 및 상기 제5분리탑(111)을 거쳐 회수함으로써 고순도의 이소프렌 스트림(7b)을 분리할 수 있게 된다.In step (e-3), the high-purity isoprene stream 7b is recovered from the seventh stream 7 generated by the de-etherification reaction through the flash drum 110 and the fifth separation tower 111, Can be separated.

본 발명에서 상기 (f) 단계는 상기 추출증류탑(101) 상부로 배출된 상기 제1스트림(1)으로부터 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 스트림(1a)으로 전환시키는 공정으로, 접촉분해 촉매 존재하에 온도 300~700℃ 및 공간속도 1~20h-1 조건의 반응기(112)에서 수행될 수 있다. 이하, 본 발명에서 상기 제1스트림(1)으로부터 촉매 접촉분해 공정을 이용하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하는 방법에 사용되는 접촉분해 촉매(ZSM-5 촉매) 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 상기 접촉분해 촉매 및 그 제조방법에 대한 설명에서 "미세기공성"이라 함은 일반적인 ZSM-5 촉매가 약 1㎚ 이하의 미세 기공을 가진 것을 고려하여 1㎚ 이하의 기공 크기(직경)를 갖는 특성을 의미하며, "중형기공성"이라 함은 기공 크기(직경)가 적어도 1㎚ 이상, 바람직하게는 2㎚ 이상의 기공 크기를 갖는 특성을 의미한다. 그러나, 상기 기공 크기 수치가 엄격한 의미는 아니며 촉매 제조 조건 등에 따라 상대적인 수치를 의미할 수도 있다. 다만, 이하에서 본 발명에 따른 "중형기공"은 기공 크기(직경)가 2㎚ 이상인 기공인 것으로 설명한다.In the present invention, the step (f) is a step of converting the first stream (1) discharged to the upper portion of the extractive distillation column (101) into the stream (1a) containing ethylene and propylene, To 700 < 0 > C and a space velocity of 1 to 20 h < -1 >. Hereinafter, in the present invention, a catalytic cracking catalyst (ZSM-5 catalyst) used in a method for producing light olefins including ethylene and propylene from the first stream (1) This will be described in more detail. In the description of the catalytic cracking catalyst and the production method thereof, the term "micropores" refers to a characteristic in which a general ZSM-5 catalyst has a pore size (diameter) of 1 nm or less in consideration of having micropores of about 1 nm or less Quot; medium porosity "means that the pore size (diameter) has a pore size of at least 1 nm, preferably at least 2 nm. However, the pore size value is not strict and may refer to a relative value depending on catalyst production conditions and the like. However, the "medium pores" according to the present invention will be described below as pores having a pore size (diameter) of 2 nm or more.

본 발명에서 접촉분해 촉매는 중형기공 형성능을 구비한 물질을 주형물질로 사용하여 제조된 ZSM-5 촉매로서, 미세 및 중형기공성 특성을 동시에 지니며, 이러한 촉매 특성은 반응물 및 중간 생성물의 확산을 향상시켜 C5 혼합 유분으로부터 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the catalytic cracking catalyst is a ZSM-5 catalyst prepared using a material having a capability of forming a medium pore structure as a template material, and has both fine and mesoporous characteristics. The catalytic properties are such that diffusion of reactants and intermediate products The production yield of light olefins including ethylene and propylene can be improved from the C5 mixed oil.

상기 중형기공 형성능을 구비한 물질을 주형물질로 사용하여 제조되는 접촉분해 촉매는 예컨대, (A) 실리카 전구체 및 알루미늄 전구체를 포함하는 혼합 용액을 숙성하여 겔(gel)을 형성하는 단계; (B) 상기 겔(gel)에 열처리에 따른 중형기공 형성능을 구비한 주형물질(template)을 첨가하여 교반 후 숙성하는 단계; (C) 상기 (B) 단계에서 숙성된 혼합물을 결정화하여 고체 생성물을 형성하는 단계; 및 (D) 상기 주형물질을 제거하기 위해 상기 고체 생성물을 열처리하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.The catalytic cracking catalyst prepared using the above material having a medium pore forming ability as a template material may be prepared by, for example, (A) aging a mixed solution containing a silica precursor and an aluminum precursor to form a gel; (B) adding a template having a medium pore forming ability to the gel by heat treatment, agitating and aging the gel; (C) crystallizing the aged mixture in the step (B) to form a solid product; And (D) heat treating the solid product to remove the template material.

상기 (A) 단계의 혼합 용액은 (A-1) 증류수에 1가의 금속수산화물 및 테트라프로필암모늄 할로겐화물(tetrapropylammonium halide)을 용해하는 단계; (A-2) 상기 실리카 전구체를 첨가하여 균질 혼합물을 형성하는 단계; 및 (A-3) 상기 균질 혼합물에 액상의 상기 알루미늄 전구체를 적하하는 단계;를 거쳐 제조될 수 있다. 이때, 상기 1가의 금속수산화물로는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 등이 사용될 수 있고, 상기 테트라프로필암모늄 할로겐화물은 테트라프로필암모늄 브로마이드(tetrapropylammonium bromide), 테트라프로필암모늄 클로라이드(tetrapropylammonium chloride) 등이 사용될 수 있고, 상기 실리카 전구체로는 콜로이달 실리카(colloidal silica)가 사용될 수 있으며, 상기 알루미늄 전구체로는 알루민산나트륨(NaAlO2), 질산알루미늄(Al(NO3)3), 알루미늄 세컨더리-부톡사이드(aluminum sec-butoxide), 알루미늄 터셔리-부톡사이드(aluminum tert-butoxide), 알루미늄 트리-세컨더리-부톡사이드(aluminum tri-sec-butoxide), 알루미늄 트리-터셔리-부톡사이드(aluminum tri-tert-butoxide), 알루미늄 에톡사이드(aluminum ethoxide) 및 알루미늄 이소프로폭사이드(aluminum isopropoxide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.The mixed solution of step (A) may be prepared by: (A-1) dissolving monovalent metal hydroxide and tetrapropylammonium halide in distilled water; (A-2) adding the silica precursor to form a homogeneous mixture; And (A-3) dropping the aluminum precursor in a liquid state to the homogeneous mixture. The monohydric metal hydroxide may be sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) or the like. The tetrapropylammonium halide may be tetrapropylammonium bromide, tetrapropylammonium chloride, The aluminum precursor may be sodium aluminate (NaAlO 2 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), aluminum secondary-aluminum nitrate, or the like. But are not limited to, aluminum sec-butoxide, aluminum tert-butoxide, aluminum tri-sec-butoxide, aluminum tri- tert-butoxide, aluminum ethoxide, and aluminum isopropoxide. This may be used.

상기 (B) 단계의 주형물질(template)은 첨가 후 촉매에 대한 열처리 시 중형기공 형성능을 구비한 것이다. 이러한 중형기공 형성능을 갖도록 하는 주형물질로 계면활성제(surfactant)와 같은 연성 주형물질(soft template)과 탄소, 고분자 물질과 같은 경성 주형물질(hard template)이 있으나, 경성 주형물질이 열분해 등에 의해 제거되기 쉽고, 모폴로지 제어가 용이하며, 보다 큰 기공을 갖는 물질을 제조할 수 있고, 가격도 저렴하여 연성 주형물질보다 유리하다. 이러한 경성 주형물질로 탄소 분말 또는 나노 고분자 입자가 사용될 수 있으며, 주형물질의 입수 용이성, 구조 제어 측면 등을 고려하여 적절히 조합되어 선택될 수 있다. 즉, 탄소 분말의 경우 상용화 제품으로 다양한 형태와 입자 크기를 갖는 제품들을 비교적 용이하게 구할 수 있고, 보관 및 취급 면에서 용이한 장점이 있고, 나노 고분자 입자의 경우 탄소 분말보다 열분해 온도가 낮고 표면처리가 용이하기 때문에 구조 제어 측면에서 보다 유리한 장점이 있다.The template material of step (B) has a capability of forming a medium pore structure upon heat treatment of the catalyst after the addition. As a mold material having such a capability of forming a medium pore structure, there is a soft template such as a surfactant and a hard template such as a carbon or a polymer material. However, when the hard mold material is removed by thermal decomposition or the like Easy to control the morphology, can produce materials having larger pores, and is less expensive than the flexible mold material. Carbon powders or nano-sized polymer particles may be used as the hard mold material, and they may be appropriately selected in combination in consideration of ease of obtaining the mold material, structural control aspect, and the like. That is, in the case of carbon powder, it is relatively easy to obtain products having various shapes and particle sizes as a commercialized product, and it is easy to store and handle. In the case of nanoporous polymer particles, the thermal decomposition temperature is lower than that of carbon powder, It is advantageous in terms of structure control.

상기 주형물질로 사용되는 탄소 분말 또는 나노 고분자 입자로서 중형기공을 형성할 수 있는 형상이라면 제한적인 것은 아니고, 예를 들면, 구형, 정방형, 장방형, 원통형 등일 수 있다. 다만, 촉매 접촉분해 반응물인 C5 혼합 유분의 촉매 활성점으로의 원활한 흡탈착을 고려하여 그 크기(직경)는 2~50㎚인 것이 바람직하다.The carbon powder or nano-polymer particles used as the template material is not limited as long as it can form mesopores, and may be, for example, spherical, square, rectangular, cylindrical or the like. However, it is preferable that the size (diameter) is 2 to 50 nm in consideration of the smooth adsorption / desorption of the C5 mixed oil component as the catalyst catalytic cracking reactant to the catalytic active site.

상기 나노 고분자 입자로는 첨가 후 촉매에 대한 열처리 시 중형기공 형성능을 구비한 것이라면 제한되지 않으나, 예를 들면, 나노 고분자는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리(에틸렌옥사이드)(poly(ethylene oxide)), 폴리(프로필렌옥사이드)(poly(propylene oxide)), 폴리락티드(polylactide), 폴리(메틸메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 열분해를 통한 제거 시 잔유물이 거의 없는 폴리카보네이트 또는 폴리스티렌이 사용될 수 있다.The nanoporous polymer particles are not limited as long as they have a capability of forming a medium pore structure upon heat treatment after the addition of the catalyst. Examples of the nanoporous polymer particles include polycarbonate, polystyrene, polyethylene, polypropylene poly (ethylene oxide), poly (propylene oxide), polylactide, poly (methyl methacrylate) (poly (methyl methacrylate) Etc. may be used, and preferably polycarbonate or polystyrene having little residue at the time of removal by thermal decomposition may be used.

또한, 상기 주형물질은 첨가량에 비례하여 중형기공이 더 잘 발달할 수 있도록 한다. 그 함량은 상기 실리카 전구체 100중량부에 대하여 5~80중량부일 수 있다. 상기 주형물질 함량이 5중량부 미만일 경우는 형성되는 중형기공 부피가 만족스럽지 않을 수 있으며, 80중량부를 초과할 경우는 촉매 활성점이 감소하여 오히려 촉매 활성이 저하될 수 있다. 다만, 다량의 주형물질 첨가 및 이후의 소성 제거로 중형기공 특성이 향상되더라도 C5 혼합 유분, 반응 생성물 등의 흡탈착 공간 크기로 인해 분자 확산 제한 완화에 따른 촉매의 반응 활성 향상은 중형기공 특성에 항상 비례하지 않게 된다. 즉, 본 발명자들은 상기 첨가되는 주형물질 중 탄소 분말(KetjenBlack社)의 함량에 대해 예의 주시한 결과 상기 실리카 전구체 100중량부에 대하여 80중량부까지는 촉매의 반응 활성이 증가하나, 80중량부를 초과할 경우에는 촉매의 반응 활성 향상 정도가 눈에 띄지 않다는 것을 발견하였다.In addition, the template material can develop medium pores in proportion to the amount added. And the content thereof may be 5 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica precursor. If the amount of the template material is less than 5 parts by weight, the formed mesopore volume may not be satisfactory. If the amount of the template material is more than 80 parts by weight, the catalyst activity point may be decreased and the catalytic activity may be lowered. However, even though the mesopore characteristics are improved by the addition of a large amount of the template material and the subsequent removal of the calcination, improvement in the reaction activity of the catalyst due to the relaxation of the molecular diffusion restriction due to the size of the adsorption / desorption space of the C5 mixed oil, reaction product, It becomes non-proportional. That is, as a result of closely observing the content of the carbon powder (KetjenBlack) in the added template material, the present inventors have found that the reaction activity of the catalyst is increased up to 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silica precursor, The degree of improvement of the reaction activity of the catalyst is not conspicuous.

상기 (C) 단계의 결정화는 일반적으로 사용되는 방법, 예를 들면, 수열합성, 마이크로파 합성, 건식-겔 합성법 등이 사용될 수 있다. 이러한 결정화를 통해 제올라이트는 주형물질인 탄소 또는 나노 고분자 입자를 둘러싸고 커다란 단결정으로 성장하게 된다. 이후, 상기 (D) 단계와 같이 상기 고체 생성물을 열처리하여 주형물질을 제거함으로써 제올라이트 단결정 구조는 탄소로부터 형성된 중형기공을 보유할 수 있게 된다.The crystallization in the step (C) may be carried out by a generally used method, for example, hydrothermal synthesis, microwave synthesis, dry-gel synthesis or the like. Through this crystallization, the zeolite grows into a large single crystal surrounding the carbon or nanoporous polymer particles as a template material. Thereafter, the solid product is heat-treated to remove the template material as in the step (D), whereby the zeolite single crystal structure can retain the mesopores formed from carbon.

본 발명에서 상기 접촉분해 촉매는 상기 (D) 단계에서 열처리된 고체 생성물에 대해 양이온 치환을 수행하여 제조된 것이 바람직하다. 상기 양이온 치환은 일반적으로 나트륨 이온(Na+)으로 치환된 제올라이트를 양성자(H+)로 교환시키기 위한 것으로, 양성자로 치환된 제올라이트 촉매는 다른 양이온에 비해 산 세기가 증가되어 크래킹 반응에 효과적이다. 상기 양이온 치환은 구체적으로 70~90℃의 양이온 치환용 용액에 상기 고체 생성물을 투입하고 동일 온도 조건에서 교반하여 수행될 수 있으며, 양이온 치환된 수용액을 여과 및 세척 과정을 거친 후 추가적으로 1~3회 정도 양이온 치환 과정을 반복할 수도 있다. 이러한 양이온 치환에 사용되는 용액으로는, 질산암모늄(NH4NO3), 염화암모늄(NH4Cl), 탄산암모늄((NH4)2CO3) 및 플루오르화암모늄(NH4F)으로 이루어진 군에서 1 이상이 선택될 수 있다.In the present invention, it is preferable that the catalytic cracking catalyst is prepared by performing cation exchange with respect to the solid product heat-treated in the step (D). The cation substitution is for exchanging zeolite generally substituted with sodium ion (Na + ) with a proton (H + ), and the zeolite catalyst substituted with a proton is more effective in cracking reaction because acid strength is increased compared to other cations. The cationic substitution can be carried out by adding the solid product to a cationic substitution solution at 70 to 90 ° C and stirring at the same temperature, and the cation-substituted aqueous solution is further subjected to filtration and washing for 1 to 3 times The cation exchange process may be repeated. The solution used in such cation exchange, the ammonium nitrate (NH 4 NO 3), ammonium chloride (NH 4 Cl), the group consisting of ammonium carbonate ((NH 4) 2 CO 3 ) and ammonium fluoride (NH 4 F) 1 < / RTI >

또한, 상기 접촉분해 촉매는 상기 양이온 치환된 고체 생성물에 대해 열처리를 더 수행하여 제조될 수 있다. 상기 열처리는 400~700℃에서 3~10시간 소성하여 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 400℃ 미만일 경우는 제올라이트 촉매에 1차적으로 치환된 암모늄 염이 충분히 제거되지 않아 제올라이트의 산 세기가 감소할 수 있고, 700℃를 초과할 경우는 촉매 붕괴 및 브뢴스테드 산점이 소멸될 수 있다. 또한 상기 열처리 온도가 3시간 미만일 경우는 충분한 암모늄 염의 제거가 어려울 수 있고, 10시간을 초과할 경우는 전력 손실의 염려가 있다. 여기서, 상기 열처리 이전에 상기 양이온 치환된 고체 생성물을 100~120℃에서 5~15시간 건조한 후 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the catalytic cracking catalyst can be produced by further performing heat treatment on the cation-substituted solid product. The heat treatment may be performed by firing at 400 to 700 ° C for 3 to 10 hours. If the heat treatment temperature is less than 400 ° C, the ammonium salt that is primarily substituted in the zeolite catalyst may not be sufficiently removed, so that the acid strength of the zeolite may decrease. If the temperature exceeds 700 ° C, the catalyst collapse and the Bronsted acid point . If the heat treatment temperature is less than 3 hours, it may be difficult to remove sufficient ammonium salt, and if it exceeds 10 hours, power loss may occur. Here, it is preferable that the cation-substituted solid product is dried at 100 to 120 ° C for 5 to 15 hours before the heat treatment, and then the heat treatment is performed.

본 발명에서 상기 접촉분해 촉매는 상기 (D) 단계에서 열처리된 고체 생성물에 인 전구체를 도입하여 인으로 개질된 ZSM-5 촉매로서 사용될 수 있다.In the present invention, the catalytic cracking catalyst may be used as a phosphor modified ZSM-5 catalyst by introducing a phosphorus precursor into the solid product heat-treated in the step (D).

상기 인 전구체 도입은 ZSM-5 촉매에 함침하는 방법, 예컨대, 상기 인 전구체를 물에 수화시키고, 수화된 용액에 상기 (D) 단계에서 열처리된 고체 생성물을 첨가하여 함침시킨 후 이를 건조 및 열처리하여 수행될 수 있다. 이때, 상기 인 전구체 도입 함량은 최종 제조되는 ZSM-5 촉매의 산량 및 촉매 반응에 따른 탄소 침적량과 관련하여 최적 범위로 설정되는 것이 중요하므로, 전술한 주형물질의 첨가 범위에서는 최종 제조되는 미세 및 중형기공성 ZSM-5 촉매 100중량부에 대하여 0.01~10중량부 도입되는 것이 바람직하고, 0.05~3중량부 도입되는 것이 더욱 바람직하며, 0.1~1.5중량부 도입되는 것이 보다 더 바람직하고, 0.1~1중량부 도입되는 것이 가장 바람직하다.The impregnation of the phosphorus precursor may be performed by a method of impregnating the ZSM-5 catalyst, for example, by hydrating the phosphorus precursor into water, adding the solid product heat-treated in the step (D) to the hydrated solution, drying and heat- . In this case, it is important that the phosphorus precursor introduction amount is set to an optimum range with respect to the amount of the ZSM-5 catalyst to be produced and the amount of carbon deposition according to the catalytic reaction. Therefore, It is preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.05 to 3 parts by weight, still more preferably 0.1 to 1.5 parts by weight, even more preferably 0.1 to 1 part by weight, based on 100 parts by weight of the porous ZSM- Most preferably by weight.

상기 인 전구체로는 예를 들면, 인산(H3PO4), 인산암모늄((NH4)H2PO4), 인산이암모늄((NH4)2HPO4), 인산삼암모늄((NH4)3PO4) 등이 사용될 수 있다.To the precursor, for example, phosphoric acid (H 3 PO 4), ammonium phosphate ((NH 4) H 2 PO 4), phosphoric acid ammonium ((NH 4) 2 HPO 4), tricalcium phosphate, ammonium ((NH 4 ) 3 PO 4 ) and the like can be used.

본 발명에서 상기 접촉분해 촉매는 상기 인 전구체 도입 후 희토류 금속 또는 알칼리 금속을 도입하여 촉매의 산 및 염기 특성의 조절이 가능한 개질된 ZSM-5 촉매로서 사용될 수 있다.In the present invention, the catalytic decomposition catalyst may be used as a modified ZSM-5 catalyst capable of controlling the acid and base characteristics of the catalyst by introducing a rare earth metal or an alkali metal after introducing the phosphorus precursor.

상기 희토류 금속 또는 알칼리 금속 도입은 상기 인 도입의 경우와 마찬가지로 희토류 금속 전구체 또는 알칼리 금속 전구체를 이용하여 ZSM-5 촉매에 함침하는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 희토류 금속 전구체 또는 알칼리 금속 전구체 도입 함량은 최종 제조되는 ZSM-5 촉매의 산량, 염기량 및 촉매 반응에 따른 탄소 침적량과 관련하여 최적 범위로 설정되는 것이 중요하므로, 전술한 주형물질의 첨가 범위에서 상기 인에 대한 원자비로 2 이하 도입되는 것이 바람직하고, 0.1~1.5의 원자비로 도입되는 것이 더욱 바람직하고, 0.5~0.9의 원자비로 도입되는 것이 가장 바람직하다.The introduction of the rare earth metal or alkali metal may be carried out by impregnating the ZSM-5 catalyst with a rare earth metal precursor or an alkali metal precursor as in the case of the phosphorus introduction. At this time, it is important that the content of the rare earth metal precursor or the alkali metal precursor is set in an optimal range with respect to the amount of acid, the amount of the base and the amount of carbon deposition according to the catalytic reaction of the final prepared ZSM-5 catalyst. , It is preferable to introduce 2 or less in atomic ratio to phosphorus, more preferably 0.1 to 1.5 in atomic ratio, most preferably 0.5 to 0.9 atomic ratio.

상기 희토류 금속 전구체에 함유되는 희토류 금속으로는 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 토륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있고, 바람직하게는 란타늄이 선택될 수 있다. 또한, 상기 알칼리 금속 전구체에 함유되는 알칼리 금속으로는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있고, 바람직하게는 칼륨, 루비듐, 세슘 중에서 선택될 수 있고, 더욱 바람직하게는 세슘이 선택될 수 있다. 예컨대, 상기 희토류 금속으로 란타늄을 선택할 경우 란타늄나이트레이트(La(NO3)3·6H2O) 전구체 형태로 도입시킬 수 있고, 상기 알칼리 금속으로 리튬을 선택할 경우 리튬나이트레이트(LiCO3) 전구체 형태로 도입시킬 수 있다.
As the rare earth metal contained in the rare earth metal precursor, lanthanum (La), Ce, Pr, Ne, Prommium, Sm, At least one member selected from the group consisting of terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thorium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu) Lanthanum may be selected. The alkali metal contained in the alkali metal precursor may include at least one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and cesium (Cs) Preferably potassium, rubidium, and cesium, and more preferably, cesium can be selected. For example, when lanthanum is selected as the rare earth metal, lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 .6H 2 O) can be introduced in the form of a precursor. When lithium is selected as the alkali metal, lithium nitrate (LiCO 3 ) .

시험예Test Example

본 발명의 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 혼합 유분(C5)으로부터 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법의 효과를 검증하기 위해 도 1에 제시된 프로세스에 따라 공정을 수행하였다. 추출증류탑(101)에 최초 공급되는 납사 크래킹 공정 후 생성된 C5 혼합 유분(C5)의 조성을 각 성분의 비등점과 함께 하기 표 1에 나타내었다. 상기 조성은 실제 공장 조업조건에 따라 다소 상이할 수 있으며, 본 시험예에서는 납사 크래커의 디펜타나이저(depentanizer) 상부의 조성을 나타내고 있다.The process was carried out according to the process shown in FIG. 1 to verify the effect of the method of producing olefins having 2 to 5 carbon atoms from the C5 mixed oil (C5) produced after the naphtha cracking process of the present invention. The composition of the C5 mixed oil (C5) produced after the naphtha cracking process initially supplied to the extractive distillation column (101) is shown in Table 1 together with the boiling point of each component. The above composition may be somewhat different according to the actual plant operating conditions. In this test example, the composition of the top portion of the naphtha cracker depentanizer is shown.

Figure pat00004
Figure pat00004

(1) C5 혼합 유분의 추출증류(1) Extraction distillation of C5 mixed oil

상기 표 1 조성의 조(crude) C5 혼합 유분(C5)을 공급 원료로 하여 수행된 추출증류 공정에서는 전체 분리판 116단의 추출증류탑(101)을 사용하였고, 추출제(E)는 디메틸포름 아미드를 조 C5 유분(C5) 중량 대비 7배의 중량비로 12번째 트레이에서 주입하였으며, 조 C5 유분(C5)은 40번째 트레이로 주입하였다. 탑 하부 온도는 48℃, 탑내 압력은 2.7기압의 조건에서 수행하였다. 공정 완료 후 추출증류탑(101)을 통과한 제1스트림(1) 및 제2스트림(2)의 조성을 하기 표 2에 나타내었다.In the extractive distillation step performed using the crude C5 mixed oil (C5) having the composition shown in Table 1 as a feedstock, the total distillation column 116 stage extracting column 101 was used, and the extractant (E) was dimethylformamide Was fed into the 12th tray at a weight ratio of 7 times the weight of the crude C5 oil (C5), and the crude C5 oil (C5) was injected into the 40th tray. The bottom temperature of the tower was 48 캜 and the pressure in the tower was 2.7 atm. The compositions of the first stream (1) and the second stream (2) having passed through the extractive distillation column (101) after completion of the process are shown in Table 2 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 표 2를 참조하면, 추출증류를 통해 대부분의 디엔 화합물이 추출제(E)에 의해 추출됨을 확인할 수 있다.
Referring to Table 2, it can be confirmed that most diene compounds are extracted by the extractant (E) through extractive distillation.

(2) 고순도 디시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌 회수(2) High purity dicyclopentadiene and piperylene recovery

회수탑(102)으로 이송된 제2스트림(2)에서 추출제(E)는 회수되어 추출증류탑(101)으로 재순환(2b)시키고, 이량화 반응기(103)로 이송된 나머지 제2스트림(2a)에 대해 반응온도 70~80℃ 및 반응압력 80~100㎪ 조건의 연속흐름식 반응기(103)에서 2~3시간 이량화 반응 공정을 통해 제3스트림(3)을 생성하였다. 이후, 제1분리탑(104)에서 비점 차이에 따라 탑정으로 제5스트림(5) 및 탑저로 제4스트림(4)을 배출시키고, 제4스트림(4)을 제2분리탑(105)에서 비점 차이에 따라 분리하여 탑정으로 피퍼릴렌 풍부 스트림(4b), 측부로 디시클로펜타디엔 풍부 스트림(4a) 및 탑저로 잔류스트림(4c)을 회수하였다. 공정 완료 후 통과된 제5스트림(5), 제3스트림(3), 피퍼릴렌 풍부 스트림(4b), 디시클로펜타디엔 풍부 스트림(4a) 및 잔류스트림(4c)의 조성을 하기 표 3에 나타내었다.In the second stream 2 transferred to the recovery column 102 the extractant E is recovered and recycled 2b to the extractive distillation column 101 and the remaining second stream 2a ) Was subjected to a dimerization reaction process in a continuous flow reactor (103) at a reaction temperature of 70 to 80 ° C and a reaction pressure of 80 to 100 ° C to produce a third stream (3). Thereafter, the fifth stream 5 and the fourth stream 4 are discharged to the top of the tower in accordance with the difference in boiling point in the first separation tower 104 and the fourth stream 4 is discharged from the second separation tower 105 The separated piperidine-rich stream (4b), the dicyclopentadiene-enriched stream (4a) and the bottom stream (4c) were recovered from the top of the column. The compositions of the fifth stream 5, the third stream 3, the piperylene-rich stream 4b, the dicyclopentadiene-enriched stream 4a, and the residual stream 4c passed after the completion of the process are shown in Table 3 below .

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 표 3을 참조하면, 이량화 반응기(103)에서 시클로펜타디엔이 95% 이상의 전환율로 디시클로펜타디엔으로 이량화되고, 제1분리탑(104)에서 대부분의 이소프렌이 분리되며, 제2분리탑(105)을 통해 고순도의 피퍼릴렌 및 디시클로펜타디엔이 회수됨을 확인할 수 있다.
Referring to Table 3 above, in the dimerization reactor 103, the cyclopentadiene is dimerized to dicyclopentadiene at a conversion rate of 95% or more, most of the isoprene is separated in the first separation column 104, It can be confirmed that high purity piperrylene and dicyclopentadiene are recovered through the column 105.

(3) 반응추출 공정에 따른 고순도 이소프렌 회수(3) High purity isoprene recovery according to the reaction extraction process

제1분리탑(104)에서 분리된 제5스트림(5)은 반응온도 100℃ 및 반응압력 1기압 조건의 에테르화 촉매반응기(106)에 유입되고, 제5스트림(5) 100중량부 기준으로 메탄올 50중량부 및 로듐 착물(rhodium complex) 0.5중량부를 정량 투입하여 3시간 동안 에테르화 반응을 수행하고 알킬에테르 화합물(CH3CCH3(OC2H5)CH2CH3)을 포함하는 제6스트림(6)을 생성하였다. 제6스트림(6)은 15개의 분리판을 구비하고 하부온도가 60~70℃인 제3분리탑(107)에 유입되어 비점 차이에 따라 미반응된 이소프렌 및 메탄올을 포함하는 스트림(6b)은 탑정을 통해 에테르화 촉매반응기(106)로 재순환시키고, 알킬에테르 화합물 및 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림(6a)은 탑저로 배출되도록 하였다. 이후, 10개의 분리탑을 구비하고 하부온도가 120~130℃인 제4분리탑(108)에서 비점 차이에 따라 탑정으로 알킬에테르 화합물을 포함하는 스트림(6c)이 배출되고 잔사 슬러리를 포함하는 스트림(6d)은 탑저를 통해 에테르화 촉매반응기(106)로 재순환되도록 하였다.The fifth stream 5 separated in the first separation column 104 is introduced into the etherification catalytic reactor 106 under the conditions of a reaction temperature of 100 ° C and a reaction pressure of 1 atm, 50 parts by weight of methanol and 0.5 part by weight of a rhodium complex were charged in an etherification reaction for 3 hours to obtain a sixth solution containing an alkyl ether compound (CH 3 CCH 3 (OC 2 H 5 ) CH 2 CH 3 ) Stream 6 was generated. The sixth stream 6 flows into a third separation column 107 having 15 separator plates at a lower temperature of 60 to 70 ° C, and unreacted isoprene and methanol-containing stream 6b due to a difference in boiling point And recycled to the etherification catalytic reactor 106 via the overhead, stream 6a containing the alkyl ether compound and the residue slurry of the etherification catalyst was discharged to the bottom. Thereafter, a stream 6c containing an alkyl ether compound is discharged to the column top in accordance with the difference in boiling point in the fourth separation tower 108 having 10 separation columns and a lower temperature of 120 to 130 ° C, and a stream (6d) is recycled to the etherification catalytic reactor (106) via the bottom.

제4분리탑(108)에서 탑정을 통해 배출된 알킬에테르 화합물을 포함하는 스트림(6c)은 반응온도 200℃, 반응압력 1기압 및 공간속도 1.2h-1의 반응조건을 갖는 탈에테르화 반응기(고정층 반응기)(109)로 유입되고, 알킬에테르 화합물을 포함하는 스트림(6c) 100중량부 기준으로 탈에테르화 촉매(SiaTibMgc 복합산화물, a/b=2, a/c=17) 2중량부를 정량 투입하고 질소 가스 분위기에서 탈에테르화 반응을 수행하여, 이소프렌을 포함하는 제7스트림(7)을 생성하였다. 이후, 제7스트림(7)은 플래쉬 드럼(110)에 유입되어 질소 가스(G)는 탈에테르화 촉매반응기(109)로 재순환시키고, 나머지 제7스트림 성분(7a)에 대해 하부온도가 70~80℃인 제5분리탑(111)에서 비점 차이에 따라 미반응 알킬에테르 화합물(7c)과 분리시킨 후 최종적으로 물을 이용하여 친수성 성분을 제거하여 이소프렌(7b)을 회수하였다. 에테르화 반응 완료 후의 제6스트림(6), 탈에테르화 반응 완료 후의 제7스트림(7) 및 친수성 성분이 제거된 최종 회수 스트림(7b)의 조성을 하기 표 4에 나타내었다.The stream 6c containing the alkyl ether compound discharged through the column top in the fourth separation tower 108 is passed through a deethoxylation reactor having a reaction temperature of 200 캜, a reaction pressure of 1 atm and a space velocity of 1.2 h -1 (Si a Ti b Mg c composite oxide, a / b = 2, a / c = 17) based on 100 parts by weight of the stream 6c containing the alkyl ether compound ) Was added in a predetermined amount and a de-etherification reaction was carried out in a nitrogen gas atmosphere to produce a seventh stream (7) containing isoprene. The seventh stream 7 then flows into the flash drum 110 so that the nitrogen gas G is recycled to the de-etherification catalytic reactor 109 and the bottom temperature of the seventh stream component 7a, After separation from the unreacted alkyl ether compound (7c) in the fifth separation tower (111) at 80 ° C according to the difference in boiling point, the hydrophilic component was finally removed using water to recover isoprene (7b). The composition of the sixth stream 6 after the completion of the etherification reaction, the seventh stream 7 after completion of the de-etherification reaction, and the final recovered stream 7b from which the hydrophilic component has been removed is shown in Table 4 below.

Figure pat00007
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상기 표 4를 참조하면, 에테르화 반응으로 대부분의 이소프렌이 선택적으로 알킬에테르 화합물로 전환되고, 탈에테르화 반응을 통해 대부분의 알킬에테르 화합물이 역으로 이소프렌으로 전환된 후 97% 이상의 고순도의 이소프렌이 회수됨을 확인할 수 있다.
Referring to Table 4 above, most of the isoprene is selectively converted to the alkyl ether compound through the etherification reaction, and most of the alkyl ether compound is converted back to isoprene through the de-etherification reaction, and isoprene of 97% It can be confirmed that it is recovered.

(4) 촉매 접촉분해 공정에 따른 경질 올레핀 생산(4) Production of light olefins by catalyst catalytic cracking process

추출증류탑(101) 상부로 배출된 제1스트림(1)을 고정층 반응기(112)로 도입 및 하기 방법으로 제조된 ZSM-5 촉매(Cat.1~Cat.3)를 각각 반응기(112)에 충진시키고, 반응 전 질소 가스(40㎖)로 500℃에서 1시간 동안 촉매를 활성화시켰다. 촉매 활성화 이후 반응물이 반응기 내의 촉매층을 연속적으로 통과하면서 반응이 진행되도록 하였다. 반응물의 중량공간속도(WHSV)는 3.5h-1로 유지하였으며, 제1스트림(1)의 촉매 접촉분해 반응온도는 600℃로 하였다. 반응 후 생성되는 생성물에 대해 가스크로마토그래피를 통해 분석하였으며, 각 촉매의 반응 시간에 따른 C5 유분(제1스트림)의 전환율 및 경질 올레핀(에틸렌+프로필렌)의 선택도 및 수율을 하기 수학식에 따라 계산하고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
The first stream 1 discharged to the upper portion of the extractive distillation column 101 is introduced into the fixed bed reactor 112 and the ZSM-5 catalysts (Cat.1 to Cat.3) And the catalyst was activated with nitrogen gas (40 ml) at 500 ° C for 1 hour before the reaction. After the catalytic activation, the reaction proceeded as the reactants passed through the catalyst bed in the reactor continuously. The weight hourly space velocity (WHSV) of the reactant was maintained at 3.5 h < -1 >, and the catalytic catalytic cracking reaction temperature of the first stream (1) was set at 600 < 0 > C. The products produced after the reaction were analyzed by gas chromatography. The conversion of the C5 fraction (first stream) and the selectivity and yield of light olefins (ethylene + propylene) were calculated according to the following equations The results are shown in Table 5 below.

[접촉분해 촉매 제조][Preparation of catalytic decomposition catalyst]

CatCat .1.One

증류수 150㎖에 수산화나트륨(Samchun Chem.社) 1.6g을 투입 및 용해시킨 후 이 수용액에 ZSM-5 구조유도물질로 테트라프로필암모늄 브로마이드(TPABr, Sigma-Aldrich社) 2.28g을 첨가하여 TPABr이 완전 용해될 때까지 교반하였다. 수산화나트륨 및 TPABr이 포함된 수용액에 콜로이달 실리카(Ludox HS-40, Sigma-Aldrich社)를 서서히 적하시킨 후 균일한 혼합물이 형성될 때까지 상온에서 교반하였다. 한편, 또 다른 증류수 30㎖에 알루민산나트륨(NaAlO2, Junsei社) 0.78g을 용해시킨 후 1시간 동안 교반한 용액을 실리카 전구체(콜로이달 실리카)가 포함된 용액에 서서히 적하한 후 상온에서 1시간 동안 교반하여 겔(gel)을 형성하였다. 주형물질로 사용할 탄소 분말(EC600JD, KetjenBlack社)을 미리 110℃의 오븐에서 3시간 동안 건조한 후 상기 겔(gel)에 상기 실리카 전구체 100중량부에 대해 45중량부의 비율로 정량하여 첨가하고 이후 3시간 동안 교반하였다. 이후 교반된 용액을 오토클레이브(autoclave)에 넣고 160℃에서 72시간 동안 수열합성하였다. 수열합성 후 생성된 생성물을 여과한 후 증류수로 수회 세척하고 세척된 고체 시료를 110℃에서 10시간 동안 건조하였다. 건조 후 생성된 고체 생성물을 파쇄하고 650℃에서 10시간 동안 소성하여 주형물질인 탄소를 제거하였다. 소성 후 고체 생성물에 대한 양이온 치환을 위해 1몰농도의 질산암모늄(Junsei社) 100㎖를 준비하여 80℃로 유지한 후 고체 생성물 4g을 투입하고 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 양이온 치환된 수용액을 여과 및 세척 과정을 거쳐 추가적으로 2회 더 양이온 치환 과정을 수행하였다. 양이온 치환이 완료된 고체 생성물을 110℃에서 10시간 동안 건조한 후 650℃에서 5시간 동안 소성하여 미세 및 중형기공성 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
1.6 g of sodium hydroxide (Samchun Chem.) Was added to and dissolved in 150 ml of distilled water. To this aqueous solution was added 2.28 g of tetrapropylammonium bromide (TPABr, Sigma-Aldrich) as a ZSM- Stir until dissolved. Colloidal silica (Ludox HS-40, Sigma-Aldrich) was slowly added dropwise to an aqueous solution containing sodium hydroxide and TPABr, and then stirred at room temperature until a homogeneous mixture was formed. On the other hand, 0.78 g of sodium aluminate (NaAlO 2 , manufactured by Junsei) was dissolved in 30 ml of another distilled water and stirred for 1 hour. The resulting solution was slowly added dropwise to a solution containing a silica precursor (colloidal silica) Lt; / RTI > and stirred for a period of time to form a gel. Carbon powder (EC600JD, KetjenBlack) used as a template material was dried in an oven at 110 DEG C for 3 hours, and then added to the gel in a proportion of 45 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica precursor. Lt; / RTI > The stirred solution was then subjected to hydrothermal synthesis at 160 ° C for 72 hours in an autoclave. After the hydrothermal synthesis, the resulting product was filtered, washed several times with distilled water, and the washed solid sample was dried at 110 ° C for 10 hours. The solid product produced after drying was crushed and calcined at 650 ° C. for 10 hours to remove carbon as a template material. 100 ml of 1 molar ammonium nitrate (Junsei) was prepared for cation exchange with the solid product after calcination, and the mixture was maintained at 80 ° C. 4 g of solid product was added thereto and stirred at 80 ° C for 3 hours. The cation-exchanged aqueous solution was subjected to filtration and washing, and an additional two cation exchange procedures were carried out. The cation-substituted solid product was dried at 110 ° C. for 10 hours and then calcined at 650 ° C. for 5 hours to prepare fine and mesoporous ZSM-5 catalysts.

CatCat .2.2

Cat.1에서 제조된 ZSM-5 촉매에 최종 제조되는 ZSM-5 촉매 100중량부에 대하여 0.3중량부 포함되도록 정량된 인 전구체를 함침법에 의해 함침하였다. 이를 위해 10㎖의 증류수에 상기 정량된 인산(85%, Sigma-Aldrich社)을 녹인 후 60℃에서 10분간 교반한 후 Cat.1에 따라 제조된 ZSM-5 촉매 1g을 투입하고 충분한 함침이 일어나도록 60℃에서 계속 교반하였다. 증류수가 모두 증발된 후 100℃의 오븐에서 12시간 동안 건조한 후 650℃에서 3시간 동안 소성하여 미세 및 중형기공성 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
A phosphorus precursor quantitated to be 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the ZSM-5 catalyst finally prepared in the ZSM-5 catalyst prepared in Cat.1 was impregnated by the impregnation method. To this end, the quantified phosphoric acid (85%, Sigma-Aldrich) was dissolved in 10 ml of distilled water and stirred at 60 ° C for 10 minutes. Then, 1 g of the ZSM-5 catalyst prepared according to Cat.1 was introduced and sufficiently impregnated Gt; 60 C < / RTI > After all the distilled water was evaporated, it was dried in an oven at 100 ° C for 12 hours and then calcined at 650 ° C for 3 hours to prepare a fine and mesoporous ZSM-5 catalyst.

CatCat .3.3

Cat.2에서 제조된 ZSM-5 촉매에 희토류 금속 중 란타늄(La)을 선택하여 란타늄/인 원자비가 0.3이 되도록 정량된 란타늄 전구체를 함침법에 의해 도입하였다. 이를 위해 10㎖의 증류수에 정량된 란타늄나이트레이트(La(NO3)6H2O, Sigma-Aldrich사)를 녹인 후 60℃에서 10분간 교반한 후 Cat.2에서 제조된 촉매 1g을 투입하고 충분한 함침이 일어나도록 60℃에서 계속 교반하였다. 증류수가 모두 증발된 후 100℃의 오븐에서 12시간 동안 건조한 후 650℃에서 3시간 동안 소성하여 미세 및 중형기공성 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
A lanthanum precursor quantitatively determined to have a lanthanum / phosphorus atom ratio of 0.3 was selected by introducing lanthanum (La) among the rare earth metals into ZSM-5 catalyst prepared in Cat.2 by impregnation method. To this end, lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 .6H 2 O, Sigma-Aldrich) was dissolved in 10 ml of distilled water and stirred at 60 ° C for 10 minutes. 1 g of the catalyst prepared in Cat.2 Lt; RTI ID = 0.0 > 60 C. < / RTI > After all the distilled water was evaporated, it was dried in an oven at 100 ° C for 12 hours and then calcined at 650 ° C for 3 hours to prepare a fine and mesoporous ZSM-5 catalyst.

Figure pat00008
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Figure pat00009
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Figure pat00010
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Figure pat00011
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Figure pat00012
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상기 표 5를 참조하면, 추출증류탑(101)으로부터 분리된 제1스트림(1)에 대해 본 발명에 따른 탄소 분말을 주형물질로 하여 제조된 ZSM-5 촉매의 사용으로 C5 유분 전환율이 90% 이상을 나타내고 에틸렌 및 프로필렌 제조 수율이 50% 이상으로 공업적 적용 시 매우 우수한 효율을 나타냄을 확인할 수 있으며, ZSM-5 촉매에 인을 도입하거나, 인 및 희토류 금속을 도입할 경우 제조 수율이 더욱 향상될 수 있음을 확인할 수 있다. 한편, 상기 표 5에 따른 결과는 접촉분해 반응 후 수득된 스트림에 대한 것으로, 후속 분리탑(113)을 통과시켜 고비점 물질(1b)을 제거하게 되면 에틸렌 및 프로필렌 수율이 보다 향상된 경질 올레핀 스트림(1c)을 회수할 수 있게 된다.
Referring to Table 5, it can be seen that by using the ZSM-5 catalyst prepared by using the carbon powder according to the present invention as the template material for the first stream (1) separated from the extractive distillation column 101, the C5 oil conversion rate is 90% And the production yield of ethylene and propylene is 50% or more. When the phosphorus is introduced into the ZSM-5 catalyst or phosphorus and rare earth metals are introduced, the yield of the production is further improved. . On the other hand, the results according to Table 5 are obtained for the stream obtained after the catalytic cracking reaction. When the high boiling point material 1b is removed by passing through the subsequent separation tower 113, the light olefin stream having a higher ethylene and propylene yield 1c can be recovered.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, Such modifications and changes are to be considered as falling within the scope of the following claims.

1: 제1스트림 2: 제2스트림
3: 제3스트림 4: 제4스트림
5: 제5스트림 6: 제6스트림
7: 제7스트림 101: 추출증류탑
102: 회수탑 103: 이량화 반응기
104: 제1분리탑 105: 제2분리탑
106: 에테르화 촉매반응기 107: 제3분리탑
108: 제4분리탑 109: 탈에테르화 촉매반응기
110: 플래쉬 드럼 111: 접촉분해 반응기
C5: C5 혼합 유분 E: 추출제
ROH: 알코올 G: 비활성 가스
1: first stream 2: second stream
3: third stream 4: fourth stream
5: fifth stream 6: sixth stream
7: seventh stream 101: extractive distillation column
102: recovery tower 103: dimerization reactor
104: first separation tower 105: second separation tower
106: etherification catalytic reactor 107: third separation tower
108: Fourth Separation Tower 109: De-etherification Catalytic Reactor
110: flash drum 111: contact decomposition reactor
C5: C5 mixed oil E: Extractant
ROH: alcohol G: inert gas

Claims (29)

납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 혼합 유분으로부터 하기 단계를 포함하여 탄소수 2 내지 5 범위의 올레핀을 생산하는 방법.
(a) 상기 C5 혼합 유분을 원료로 추출증류(extractive distillation)하여 파라핀(parffin) 화합물을 포함하는 제1스트림과 디엔(diene) 화합물을 포함하는 제2스트림으로 분리하는 단계;
(b) 상기 제2스트림에 포함된 시클로펜타디엔(cyclopentadiene)을 이량화(dimerization)하여 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene)을 포함하는 제3스트림을 생성하는 단계;
(c) 상기 제3스트림으로부터 디시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌(piperylene)을 포함하는 제4스트림과 이소프렌(isoprene)을 포함하는 제5스트림으로 분리하는 단계;
(d) 상기 제4스트림으로부터 디시클로펜타디엔을 포함하는 스트림, 피퍼릴렌을 포함하는 스트림 및 잔류스트림을 회수하는 단계;
(e) 상기 제5스트림으로부터 반응추출(reactive extraction)법을 이용하여 이소프렌을 회수하는 단계; 및
(f) 상기 제1스트림을 촉매 접촉분해하여 에틸렌(ethylene) 및 프로필렌(propylene)을 포함하는 스트림으로 전환하는 단계.
A process for producing olefins in the range of 2 to 5 carbon atoms from C5 mixed olefins produced after the naphtha cracking process,
(a) extractively distillating the C5 mixed oil into a raw material to separate a first stream containing a paraffin compound and a second stream containing a diene compound;
(b) dimerizing the cyclopentadiene contained in the second stream to produce a third stream comprising dicyclopentadiene;
(c) separating the third stream into a fourth stream comprising dicyclopentadiene and piperylene and a fifth stream comprising isoprene;
(d) recovering a stream comprising dicyclopentadiene, a stream comprising piperylene, and a residual stream from said fourth stream;
(e) recovering isoprene from the fifth stream using a reactive extraction method; And
(f) catalytically cracking the first stream to convert it to a stream comprising ethylene and propylene.
제1항에 있어서,
상기 C5 혼합 유분은 n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane) 및 시클로펜탄(cyclopentane)을 포함하는 파라핀 화합물이 20~60중량%; 이소프렌, 시클로펜타디엔 및 피퍼릴렌을 포함하는 디엔 화합물이 20~60중량%; 및 모노엔(monoene) 화합물을 포함하는 잔여 혼합물이 10~50중량%;로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
The C5 mixed oil fraction contains 20 to 60% by weight of a paraffin compound including n-pentane, isopentane and cyclopentane; 20 to 60% by weight of a diene compound comprising isoprene, cyclopentadiene and piperylene; And 10 to 50% by weight of the residual mixture comprising the monoene compound.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 상기 C5 혼합 유분은 하부가 온도 80~200℃ 및 압력 1~20기압 조건의 추출증류탑 중간에 공급되어 상부로 유입되는 추출제와 접촉되도록 하여, 탑정으로 상기 제1스트림이 배출되고, 탑저로 상기 제2스트림이 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
In the step (a), the C5 mixed oil is supplied to the middle of an extractive distillation column at a lower temperature of 80 to 200 ° C and a pressure of 1 to 20 atmospheric pressure to be brought into contact with an extracting agent flowing into the upper part, And the second stream is discharged to the bottom of the column.
제3항에 있어서,
상기 추출제는 아세토니트릴(acetonitrile; ACN), 디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), β-메톡시프로피오니트릴(β-methoxypropionitrile; MOPN), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAC), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide; DMSO), γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; γ-BL), 푸르푸랄(furfural), 아세톤(acetone) 및 이온성 액체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 3,
The extraction agent may be selected from the group consisting of acetonitrile (ACN), dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone (NMP), β-methoxypropionitrile (MOPN) (DMAC), dimethylsulfoxide (DMSO), γ-butyrolactone (γ-BL), furfural, acetone and ionic liquids. ≪ RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >
제3항에 있어서,
상기 추출제는 회수탑에서 상기 제2스트림으로부터 회수되어 상기 추출증류탑으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 3,
Characterized in that the extractant is recovered from the second stream in the recovery column and recycled to the extractive distillation column.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는 온도 40~110℃ 및 30~300㎪ 조건의 연속흐름식 반응기에서 2~10시간 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (b) is carried out in a continuous flow reactor at a temperature of 40 to 110 ° C and a temperature of 30 to 300 ° C for 2 to 10 hours.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 제3스트림은 제1분리탑 중간에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 제5스트림이 배출되고, 탑저로 상기 제4스트림이 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the third stream flows into the middle of the first separation column to discharge the fifth stream to the column top according to a difference in boiling point, and the fourth stream is discharged to the column bottom.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 제4스트림은 제2분리탑 중간에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 피퍼릴렌을 포함하는 스트림이 회수되고, 측부로 상기 디시클로펜타디엔을 포함하는 스트림이 회수되고, 탑저로 상기 잔류스트림이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
In the step (d), the fourth stream flows into the middle of the second separation tower, and the stream containing the piperylene is recovered in the column on the basis of the difference in boiling point, and the stream containing the dicyclopentadiene is recovered to the side , And the residual stream is recovered to the bottom of the column.
제1항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
(e-1) 알코올 및 에테르화 촉매 존재하에 상기 제5스트림내의 상기 이소프렌을 선택적으로 에테르화 반응시켜 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 포함하는 제6스트림을 생성하는 단계;
(e-2) 비활성 가스 및 탈에테르화 촉매 존재하에 상기 제6스트림내의 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 탈에테르화 반응시켜 이소프렌을 포함하는 제7스트림을 생성하는 단계; 및
(e-3) 상기 제7스트림으로부터 이소프렌을 분리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
The step (e)
(e-1) selectively etherifying the isoprene in the fifth stream in the presence of an alcohol and an etherification catalyst to produce a sixth stream comprising an alkyl ether compound of isoprene;
(e-2) deethering an alkyl ether compound of the isoprene in the sixth stream in the presence of an inert gas and a de-etherification catalyst to produce a seventh stream comprising isoprene; And
(e-3) separating isoprene from the seventh stream;
≪ / RTI >
제9항에 있어서,
상기 (e-1) 단계는 온도 50~250℃ 및 압력 0.5~10기압 조건의 에테르화 촉매반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step (e-1) is carried out in an etherification catalytic reactor at a temperature of 50 to 250 DEG C and a pressure of 0.5 to 10 atm.
제10항에 있어서,
상기 (e-1) 단계에서 상기 제6스트림은 제3분리탑에 유입되어 비점 차이에 따라 미반응된 이소프렌 및 알코올을 포함하는 스트림은 탑정을 통해 상기 에테르화 촉매반응기로 재순환되고, 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림은 탑저로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
In the step (e-1), the sixth stream flows into the third separation column, and the unreacted stream containing unreacted isoprene and alcohol is recycled to the etherification catalytic reactor through the overhead, Wherein the stream comprising the alkyl ether compound and the residue slurry of the etherification catalyst is discharged to the bottom of the column.
제11항에 있어서,
상기 제3분리탑은 하부 온도가 40~100℃인 것을 특징으로 하는 방법.
12. The method of claim 11,
And the third separation column has a lower temperature of 40 to 100 ° C.
제11항에 있어서,
상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림은 제4분리탑에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물을 포함하는 스트림이 배출되고, 상기 에테르화 촉매의 잔사 슬러리를 포함하는 스트림은 탑저를 통해 상기 에테르화 촉매반응기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. The method of claim 11,
The stream containing the alkyl ether compound of isoprene and the residue slurry of the etherification catalyst flows into the fourth separation tower, and the stream containing the alkyl ether compound of isoprene is discharged into the column on the basis of the difference in boiling point. Is recycled to the etherification catalytic reactor through the bottom of the column.
제13항에 있어서,
상기 제4분리탑은 하부 온도가 80~200℃인 것을 특징으로 하는 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the fourth separation column has a lower temperature of 80 to 200 ° C.
제9항에 있어서,
상기 알코올은 탄소수 1~4의 알킬기를 갖는 알코올인 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the alcohol is an alcohol having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
제9항에 있어서,
상기 에테르화 촉매는 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 레늄(Re)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
The etherification catalyst includes at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), ruthenium (Ru), nickel (Ni) ≪ / RTI >
제9항에 있어서,
상기 에테르화 촉매는 상기 이소프렌 100중량부에 대하여 0.1~10중량부 함량으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the etherification catalyst is used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the isoprene.
제9항에 있어서,
상기 (e-2) 단계는 온도 100~300℃, 압력 1~5기압 및 공간속도 0.5~10h-1 조건의 불균일계 기상반응기인 탈에테르화 촉매반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step (e-2) is carried out in a de-etherification catalytic reactor which is a heterogeneous gas phase reactor at a temperature of 100 to 300 ° C, a pressure of 1 to 5 atm and a space velocity of 0.5 to 10 h -1 .
제18항에 있어서,
상기 (e-2) 단계에서 상기 제7스트림은 플래쉬 드럼(flash drum)에 유입되어 상기 비활성 가스는 상기 탈에테르화 촉매반응기로 재순환되고, 이소프렌, 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림은 상기 비활성 가스와 분리되어 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. The method of claim 18,
In the step (e-2), the seventh stream is introduced into a flash drum, the inert gas is recycled to the deetherification catalytic reactor, and isobutylene, an unreacted isoprene alkyl ether compound and an alcohol Is discharged separately from the inert gas.
제19항에 있어서,
상기 이소프렌, 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림은 제5분리탑에 유입되어 비점 차이에 따라 탑정으로 상기 이소프렌이 회수되고, 상기 미반응된 이소프렌의 알킬에테르 화합물 및 알코올을 포함하는 스트림은 탑저를 통해 상기 탈에테르화 촉매반응기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. The method of claim 19,
The stream containing the isoprene, the unreacted isoprene alkyl ether compound, and the alcohol is introduced into the fifth separation column, the isoprene is recovered on the column in accordance with the difference in boiling point, and the unreacted isoprene alkyl ether compound and alcohol Is recycled to the de-etherification catalytic reactor via the bottom of the column.
제20항에 있어서,
상기 제5분리탑은 하부 온도가 40~100℃인 것을 특징으로 하는 방법.
21. The method of claim 20,
Wherein the fifth separation column has a lower temperature of 40 to 100 캜.
제9항에 있어서,
상기 비활성 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the inert gas is a nitrogen gas.
제9항에 있어서,
상기 탈에테르화 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
[화학식 1]
Figure pat00013

(여기서, X는 지르코늄(Zr) 또는 티타늄(Ti)이고, Y는 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)이고, a, b, c 및 d는 정수이고, a/b는 1~10 및 a/c는 5~30을 만족하고, d는 각 원소의 원자가를 만족시키는 정수.)
10. The method of claim 9,
Wherein the deetherification catalyst is a compound represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Figure pat00013

B, c, and d are integers, a / b is 1 to 10, and a / b is an integer of 1 to 10, and X is at least one element selected from the group consisting of zirconium (Zr) and titanium (Ti), Y is magnesium (Mg) c is an integer satisfying 5 to 30, and d is a valence of each element.
제9항에 있어서,
상기 탈에테르화 촉매는 상기 이소프렌의 알킬에테르 화합물 100중량부에 대하여 0.5~10중량부 함량으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the deetherification catalyst is used in an amount of 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the alkyl ether compound of isoprene.
제1항에 있어서,
상기 (f) 단계는 접촉분해 촉매 존재하에 온도 300~700℃ 및 공간속도 1~20h-1 조건의 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (f) is carried out in a reactor in the presence of a catalytic cracking catalyst at a temperature of 300 to 700 ° C and a space velocity of 1 to 20 h -1 .
제25항에 있어서,
상기 접촉분해 촉매는 중형기공 형성능을 구비한 탄소 분말 또는 나노 고분자 입자를 주형물질로 사용하여 제조된 ZSM-5 촉매인 것을 특징으로 하는 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the catalytic cracking catalyst is a ZSM-5 catalyst prepared by using carbon powder or nanoporous particles having mesopore forming ability as a template material.
제26항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매는 양이온 치환된 것을 특징으로 하는 방법.
27. The method of claim 26,
Wherein said ZSM-5 catalyst is cationically substituted.
제26항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매 100중량부에 대하여 인 전구체 0.01~10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. The method of claim 26,
Further comprising 0.01 to 10 parts by weight of phosphorus precursor based on 100 parts by weight of the ZSM-5 catalyst.
제28항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매는 희토류 금속 또는 알칼리 금속을 상기 인에 대한 원자비로 2 이하의 함량으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. The method of claim 28,
Wherein the ZSM-5 catalyst further comprises a rare earth metal or alkali metal in an amount of 2 or less in atomic ratio to the phosphorus.
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