KR20160064218A - 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획 - Google Patents

피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획 Download PDF

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요한네스 튀르프부르
로베르트 리메르스마
요한네스 베르나르두스 빌헬무스 모르신크
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Abstract

본 발명은 초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하인 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획을 제공한다. 또다른 양태에서, 본 발명은 초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획을 포함하는 기능성 유체 제형을 제공한다.

Description

피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획 {FISCHER-TROPSCH DERIVED GAS OIL FRACTION}
본 발명은 분획화된 피셔-트롭쉬 유래 가스유 및 상기를 포함하는 기능성 유체 제형에 관한 것이다.
피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 각종 공정에 의해 수득될 수 있다. 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 소위 피셔-트롭쉬 공정을 사용해 수득된다. 상기 공정의 예가 WO 02/070628 에 개시되어 있다.
현재, 놀랍게도, 특정한 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획이 용매 및 기능성 유체 적용에 유리하게 사용될 수 있는 것을 발견하였다.
이를 위해, 본 발명은 초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하를 갖는 피셔-트롭쉬 가스유 분획을 제공한다.
본 발명의 이점은, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획이 놀랍게도 저점도, 저유동점을 갖지만 고인화점을 갖는다는 점인데, 상기 특성들의 조합은 저점도 요건을 갖는 용매 및 기능성 유체 적용에 있어서 이점을 제공한다.
전형적으로, 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 매우 낮은 수준의 방향족, 나프텐족(naphthenic) 및 불순물을 갖는다.
따라서, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 사용은 생분해성을 개선하고 용매 및/또는 기능성 유체 적용에 있어서 보다 낮은 유독성을 제공한다.
본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유는 피셔-트롭쉬 공정 유래이다. 피셔-트롭쉬 유래 가스유는 당업계에 공지되어 있다. 용어 "피셔-트롭쉬 유래" 는 가스유가 피셔-트롭쉬 공정의 합성 생성물이거나 또는 그 유래인 것을 의미한다. 피셔-트롭쉬 공정에서, 합성 가스는 합성 생성물로 전환된다. 합성 가스 또는 신가스(syngas) 는 탄화수소성 공급원료의 전환에 의해 수득되는 일산화탄소 및 수소의 혼합물이다. 적합한 공급원료는 천연 가스, 원유, 중유 분획, 석탄, 바이오매스 및 갈탄을 포함한다. 피셔-트롭쉬 유래 가스유는 GTL (가스 액화; Gas-to-Liquid) 가스유로도 칭할 수 있다.
피셔-트롭쉬 유래 가스유는 주로 이소-파라핀이다. 바람직하게는, 피셔-트롭쉬 유래 가스유는 75 wt.% 초과, 바람직하게는 80 wt.% 초과의 이소-파라핀을 포함한다.
피셔 트롭쉬 가스유의 분획은 피셔 트롭쉬 가스유의 보다 좁은 비등 범위 증류 컷(cut) 이고, 피셔 트롭쉬 가스유로부터 증류된 GTL 유래 용매로도 보일 수 있다.
본 발명에 따라, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 대기 조건에서 초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하를 갖는다. 적합하게는, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 대기 조건에서 초기 비등점 169℃ 이상을 갖는다. 추가로, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 바람직하게는 초기 비등점 167℃ 이상을 갖는다.
피셔-트롭쉬 유래 가스유는 바람직하게는 대기 조건에서 최종 비등점 198℃ 이하를 갖는다. 추가로, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 바람직하게는 대기 조건에서 최종 비등점 196℃ 이상을 갖는다.
대기 조건에서의 비등점은 대기 비등점으로서, 상기 비등점이 ASTM D86 에 의해 측정되는 것을 의미한다.
바람직하게는, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 T10 vol.% 비등점이 163 내지 181℃, 더 바람직하게는 166 내지 178℃, 가장 바람직하게는 169 내지 175℃ 이고, T90 vol.% 비등점이 178 내지 196℃, 바람직하게는 181 내지 193℃, 더 바람직하게는 184 내지 190℃ 이다.
T10 vol.% 는 생성물의 누적량 10 vol.% 가 회수되는 대기 비등점에 상응하는 온도이다. 마찬가지로, T90vol.% 는 생성물의 누적량 90vol.% 가 회수되는 대기 비등점에 상응하는 온도이다. 대기 증류 방법 ASTM D86 은 회수 수준을 측정하는데 사용될 수 있거나, 또는 대안적으로 기체 크로마토그래피 방법, 예컨대 ASTM D2887 (유사한 결과 전달을 위해 칼리브레이션함) 이 사용될 수 있다.
피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 바람직하게는 7 내지 13 개의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하고; 피셔-트롭쉬 유래 파라핀 가스유는 피셔-트롭쉬 유래 파라핀의 전체량을 기준으로, 바람직하게는 6 내지 14 개의 탄소 원자를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 파라핀의 양을 기준으로, 바람직하게는 70 wt.% 이상, 더 바람직하게는 85 wt.% 이상, 더 바람직하게는 90 wt.% 이상, 더 바람직하게는 95 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 98 wt.% 이상의, 7 내지 13 개의 탄소 원자를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 파라핀을 포함한다.
추가로, 피셔-트롭쉬 유래 가스유는 ASTM D4052 에 따른 15℃ 에서의 밀도가 바람직하게는 742 kg/m3 내지 748 kg/m3, 더 바람직하게는 743 kg/m3 내지 747 kg/m3, 가장 바람직하게는 744 kg/m3 내지 746 kg/m3 이다.
적합하게는, ASTM D445 에 따른 25℃ 에서의 동점도는 1.0 내지 1.6 cSt, 바람직하게는 1.1 cSt 내지 1.5 cSt, 더 바람직하게는 1.2 cSt 내지 1.4 cSt 이다.
바람직하게는, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 인화점은 45 내지 55 ℃, 더 바람직하게는 47 내지 53 ℃, 가장 바람직하게는 49 내지 51 ℃ 의 ASTM D93 에 따른 인화점을 갖는다.
피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 50 mm 초과의 ASTM D1322 에 따른 발연점을 갖는다.
전형적으로, 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 가스유 분획은 500 ppm 미만 방향족, 바람직하게는 200 ppm 미만 방향족, 3 ppm 미만 황, 바람직하게는 1 ppm 미만 황, 더 바람직하게는 0.2 ppm 미만 황, 1 ppm 미만 질소 및 5 wt.% 미만, 바람직하게는 4 wt.% 미만, 더 바람직하게는 3 wt.% 미만 나프텐족을 포함한다.
추가로, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 바람직하게는 0.1 wt.% 미만 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 더 바람직하게는 25 ppm 미만 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 가장 바람직하게는 1 ppm 미만 폴리시클릭 방향족 탄화수소를 포함한다.
이소파라핀의 양은 적합하게는 7 내지 13 개의 탄소 원자를 갖는 파라핀의 전체량을 기준으로 55 wt% 초과, 바람직하게는 60 wt% 초과이다.
추가로, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 n-파라핀 및 시클로-알칸을 포함할 수 있다.
초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유의 제조가, 예를 들어 WO02/070628 에 기재되어 있다.
추가 양태에서, 본 발명은 첨가 화합물을 추가 함유하는, 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획을 포함하는 기능성 유체 제형을 제공한다. 전형적으로, 기능성 유체 제형은 수많은 영역, 예를 들어 오일 및 가스 탐사 및 제조, 건설업, 식품 및 관련 산업, 종이, 직물 및 가죽, 및 각종 가정용품 및 소비재에 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명에 따른 기능성 유체 제형에 사용되는 첨가제 유형은 유체 제형 유형에 따라 다르다. 기능성 유체 제형을 위한 첨가제는 부식 및 레올로지 조절 생성물, 에멀션화제 및 습윤제, 보어홀(borehole) 안정화제, 고압 및 내마모 첨가제, 발포제거 및 항발포제, 유동점 강하제, 및 항산화제를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
기능성 유체 제형에서의 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 사용의 이점은, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획이 저점도, 저유동점을 갖지만 고인화점을 갖는다는 점이다. 바람직하게는, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 물리적 특성들의 상기 조합은 저점도 요건을 갖는 기능성 유체 제형에서의 그 사용에 있어서 매우 요망된다.
예를 들어, 시추 유체 적용에서, 사용시에, 시추 유체의 온도는 감소될 수 있으며, 이는 시추 유체의 점도의 증가를 야기할 수 있다. 고점도는 시추 유체의 유익한 사용에 유해한 것일 수 있다. 따라서, 저점도 및 고인화점을 갖는 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 시추 유체 적용에서의 그 사용에 있어서 매우 요망된다.
또다른 양태에서, 본 발명은 용매 및/또는 기능성 유체 적용을 위한 희석 오일 또는 베이스 오일로서의 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 용도를 제공한다.
용어 희석 오일은 점도를 감소시키고/시키거나 용매 및 기능성 유체 제형의 기타 특성을 개선하는데 사용되는 오일을 의미한다.
용어 베이스 오일은 기타 오일, 용매 또는 물질이 첨가되어 용매 또는 기능성 유체 제형을 생성하는 오일을 의미한다.
용매 및/또는 기능성 유체 제형을 위한 희석 오일 또는 베이스 오일로서의 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 사용의 이점은 첨가 화합물을 추가 함유하는, 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획을 포함하는 기능성 유체 제형에 있어서 상기 기재된 바와 같다는 점이다.
희석 오일 또는 베이스 오일로서 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 가스유 분획을 사용하는 바람직한 용매 및/또는 기능성 유체 적용은 난방 연료, 램프 오일, 바베큐 라이터, 작물 보호, 수처리, 클리너, 광택제, 자동차 탈랍제, 금속 클리닝, 건조 클리닝, 인쇄 잉크, 팀버(Timber) 처리, 폴리머 가공유, 및 연료 첨가제 제형, 페인트 및 코팅, 접착제, 실란트 및 공기 청정제를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
전형적인 용매 및 기능성 유체 적용이, 예를 들어 "The Index of Solvents", Michael Ash, Irene Ash, Gower publishing Ltd, 1996, ISBN 0-566-07884-8 및 "Handbook of Solvents", George Wypych, Willem Andrew publishing, 2001, ISBN 0-8155-1458-1 에 기재되어 있다. 추가 양태에서, 본 발명은 용매 및/또는 기능성 유체 적용에 있어서 생분해성 개선 및 보다 낮은 유독성을 위한 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 용도를 제공한다.
상기 기재된 바와 같이, 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획은 바람직하게는 매우 낮은 수준의 방향족, 황, 질소 화합물을 갖고, 바람직하게는 폴리시클릭 방향족 탄화수소가 없다. 이들 낮은 수준은 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 낮은 수생 유독성, 낮은 퇴적생물 유독성 및 낮은 육생 생태독성을 유도할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 분자 구조는 피셔-트롭쉬 유래 가스유의 용이한 생분해성을 유도할 수 있다.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 하기에 기재되어 있고, 이는 어떠한 방식으로든지 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 제조
피셔-트롭쉬 생성물을 WO-A-9934917 의 실시예 III 의 촉매를 사용해 WO-A-9934917 의 실시예 VII 에 기재된 바와 같은 공정과 유사한 공정으로 제조하였다. 이렇게 수득한 생성물의 C5+ 분획 (주위 조건에서 액체) 을 수소화분해 단계 (단계 (a)) 에 연속 공급하였다. C5+ 분획은 약 60 wt% C30+ 생성물을 함유하였다. 비 C60+/C30+ 은 약 0.55 였다. 수소화분해 단계에서, 분획을 EP-A-532118 의 실시예 1 의 수소화분해 촉매와 접촉시켰다. 단계 (a) 의 유출액을 진공 하에 연속 증류시켜 경질 생성물, 연료 및 잔류물 "R" (370 ℃ 이상 비등) 을 수득하였다. 370 ℃ 초과 비등 생성물의 370 ℃ 미만 비등 생성물로의 전환은 45 내지 55 wt% 였다. 잔류물 "R" 을 단계 (a) 로 재순환시켰다. 수소화분해 단계 (a) 의 조건은 하기였다: 새로운 공급 중량 시간별 공간 속도 (WHSV) 0.8 kg/l.h, 재순환 공급 WHSV 0.4 kg/l.h, 수소 기체 속도 = 1000 Nl/kg, 전체 압력 40 bar, 및 반응기 온도 330 ℃ 내지 340 ℃ 의 범위.
수득한 연료 분획 (C5+- 370℃) 을 표 1 에 제시된 바와 같은 조건에서 연속 증류시켜 하부 생성물로서 가스유 분획을 수득하였다.
물리적 특성이 표 1 및 2 에 제시되어 있다.
표 1
Figure pct00001
표 2
Figure pct00002
표 3
Figure pct00003
실시예 2
용매 및/또는 기능성 유체 적용을 위한 희석 오일/베이스 오일로서의 피셔-트롭쉬 유래 가스유의 용도.
표 1 내지 3 에 제시된 바와 같은 피셔-트롭쉬 유래 가스유의 특성은 난방 연료, 램프 오일, 바베큐 라이터, 작물 보호, 수처리, 클리너, 광택제, 자동차 탈랍제, 금속 클리닝, 건조 클리닝, 인쇄 잉크, 팀버 처리, 폴리머 가공유, 및 연료 첨가제 제형, 페인트 및 코팅, 접착제, 실란트, 및 공기 청정제에서의 피셔-트롭쉬 유래 가스유의 유리한 사용에 있어서 중요한 특성이다.
실시예 3
표 4 에서, 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유의 특성을 Isopar™ H* 의 특성과 비교하였다.
표 4
Figure pct00004
* IsoparTM H 에 관한 데이터는 2010 년 10 월에 발행된, Imperial oil Products and Chemicals Division 에서 출판된 책자로부터 얻음.
논의
표 1 및 2 의 결과는, 저점도 및 고인화점을 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획을 수득하였음을 나타낸다.
표 4 의 결과는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획이 비슷한 초기 비등점 및 인화점에서 Isopar™ H 분획보다 낮은 동점도를 가진다는 것을 나타낸다.
이는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획이 저점도 요건을 갖는 용매 및 기능성 유체 제형에서의 그 사용에 있어서 동일한 제형에서의 Isopar™ H 분획의 사용과 비교시 더 요망되는 것으로 나타낸다.

Claims (11)

  1. 초기 비등점 165℃ 이상 및 최종 비등점 200℃ 이하를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  2. 제 1 항에 있어서, 초기 비등점 169℃ 이상을 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 최종 비등점 196℃ 이상 및 198℃ 이하를 갖는 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 10 vol.% 비등점이 163 내지 181℃, 바람직하게는 166 내지 178℃, 더 바람직하게는 169 내지 175℃ 이고, T90 vol.% 비등점이 178 내지 196℃, 바람직하게는 181 내지 193℃, 더 바람직하게는 184 내지 190℃ 인 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D4052 에 따른 15℃ 에서의 밀도가 742 내지 748 kg/m3, 바람직하게는 743 내지 747 kg/m3, 더 바람직하게는 744 내지 746 kg/m3 인 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D445 에 따른 25℃ 에서의 동점도가 1.0 내지 1.6 cSt, 바람직하게는 1.1 내지 1.5 cSt, 더 바람직하게는 1.2 내지 1.4 cSt 인 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D93 에 따른 인화점이 45 내지 55℃, 바람직하게는 47 내지 53℃, 더 바람직하게는 49 내지 51℃ 인 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D1322 에 따른 발연점이 50 mm 초과인 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획.
  9. 첨가 화합물을 추가 함유하는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획을 포함하는 기능성 유체 제형 분획.
  10. 용매 및/또는 기능성 유체 제형을 위한 희석 오일 또는 베이스 오일로서의, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 용도.
  11. 용매 및/또는 기능성 유체 적용에서 생분해성의 개선 및 보다 낮은 유독성을 위한, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 피셔-트롭쉬 유래 가스유 분획의 용도.
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