KR20160108320A - Process for the dimerization/oligomerization of mixed butenes over an ion-exchange resin catalyst - Google Patents
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Abstract
이온 교환 수지 기반 촉매를 사용하여 혼합 부텐 공급물의 효과적인 이량체화 및 올리고머화 방법이 제공된다. 이량체화 및 올리고머화 방법은 더 높은 에너지 함량, 더 높은 옥탄가, 더 높은 옥탄 감도 및 더 낮은 RVP를 위한 우수한 연료 블렌딩 구성성분으로서 사용될 수 있는 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀 (예를 들어, C12, C16 및 C20 올레핀)을 제조한다.An effective dimerization and oligomerization method of mixed butene feeds is provided using ion exchange resin-based catalysts. The dimerization and oligomerization methods include highly branched C8 and C8 + olefins (e.g., C12, C16 < RTI ID = 0.0 > And C20 olefins).
Description
본 발명은 고도로 분지된 8 개의 탄소를 갖는 올레핀 및 8 개 초과의 탄소를 갖는 올레핀을 제조하도록 온화한 조건 하에서 이온-교환 수지 촉매를 사용하여 올레핀을 이량체화/올리고머화 하는 방법 및 보다 특히, 부텐 이성질체 (혼합 부텐)를 포함하는 공급물 스트림을 이량체화/올리고머화 하는 단일 단계 방법과 관련된다. The present invention relates to a process for the dimerization / oligomerization of olefins using ion-exchange resin catalysts under mild conditions to produce highly branched olefins with eight carbons and olefins with more than eight carbons, and more particularly to processes for the dimerization / (Mixed butenes) in a single step process.
가솔린은 계속해서 동력기, 예컨대 사람과 물건의 수송을 위한 자동차에 흔히 사용되는 내연 엔진의 주요한 에너지 공급원이 되고 있다. 가솔린의 성능에 대한 표준 척도는 옥탄가이다. 가장 흔한 옥탄가 측정 방법은 리서치 옥탄가(Research Octane Number, RON), 모터 옥탄가(Motor Octane Number, MON), 및 안티-노크 지수(Anti-Knock Index, AKI) - RON 및 MON 값의 평균 - 이다. 더 높은 옥탄가를 갖는 연료는 더 높은-압축, 더 높은 성능의 엔진에 사용될 수 있다. 따라서, 가솔린의 옥탄가를 증가시키는 새로운 방법을 개발하도록 과학자들에 대한 인센티브가 존재한다.Gasoline continues to be a major source of energy for internal combustion engines commonly used in powerplants, such as cars for the transport of people and goods. The standard measure for the performance of gasoline is the octane number. The most common octane number measurement methods are the Research Octane Number (RON), the Motor Octane Number (MON), and the Anti-Knock Index (AKI) - the average of the RON and MON values. Fuel with higher octane number can be used for higher-compression, higher performance engines. Therefore, there is an incentive for scientists to develop a new method to increase the octane number of gasoline.
이에 더해, 전 세계적으로 점점 더 제한적인 연료 법률은 이런 인센티브를 강화할 뿐이다. 이런 시도는 현재 연료의 유해한 배출물을 줄이면서 연료의 품질을 유지하게 했다. 법률에 의해 감소된, 가솔린에 존재하는 유해한 물질의 한 군은 방향족물질 (예를 들어, 벤젠 배출물)이다. 가솔린의 방향족 함량은 배출물-제한 법률로 인해 현재 35 부피% 수준 미만으로 감소 되어야 한다 (미국은 심지어 이를 25 부피% 미만으로 낮췄다). 방향족 화합물은 RON에 대해 가장 큰 기여를 하며, 따라서 가솔린의 방향족 함량에 대해 입법적으로-위임된 감소는 가솔린의 양의 현저한 감소뿐만 아니라 RON 부족을 야기할 것이다. 이에 더해, 연료 제조자들은 연료가 얼마나 신속히 증발하는지에 대한 측정 방법인 연료의 레이드 증기 압력(Reid Vapor Pressure, RVP)을 또한 인식하고 있어야 한다. 연료의 RVP가 높을 수록, 이것의 증발 속도도 빨라지며, 결과적으로, 오존층에 더 많이 기여하게 된다. 연료에 대한 RVP는 전형적으로 정상 대기압인 14.7 psi 미만이어야 한다. RVP는 EPA가 엄격히 소매점에서 판매되는 가솔린의 RVP를 규제하는 여름 동안에 연료에 대해 특히 중요한 측정이다. 여름 동안, 가솔린 중의 RVP는 전형적으로 9.0 psi를 초과할 수 없다. 방향족 화합물이 역시 낮은 RVP를 가지므로, 가솔린 중의 방향족 함량의 감소 역시 증가된 RVP를 가져올 것이다. 따라서, 현재 새로운 배출물 규제의 틀 내에서 낮은 RVP를 유지하면서 높은 가솔린 옥탄가를 보유하는 새로운 방법을 찾는 것에 대한 인센티브가 존재한다.In addition, increasingly restrictive fuel laws around the world merely reinforce these incentives. This attempt has been made to maintain fuel quality while reducing harmful emissions of the current fuel. One group of harmful substances present in gasoline, reduced by law, is aromatics (eg, benzene emissions). The aromatic content of gasoline should now be reduced to less than 35% by volume due to emissions-limit legislation (the United States has even lowered it to less than 25% by volume). The aromatics have the greatest contribution to RON, and thus the legally-mandated reduction in aromatic content of gasoline will cause a significant reduction in the amount of gasoline as well as a RON deficiency. In addition, fuel manufacturers should also be aware of the Reid Vapor Pressure (RVP) of the fuel, a measure of how quickly the fuel evaporates. The higher the RVP of the fuel, the faster its evaporation rate and, consequently, the greater contribution to the ozone layer. The RVP for fuel should typically be less than the normal atmospheric pressure of 14.7 psi. RVP is a particularly important measure of fuel during the summer when EPA strictly regulates RVP of gasoline sold at retail stores. During the summer, RVP in gasoline typically can not exceed 9.0 psi. Since aromatic compounds also have low RVP, a decrease in aromatic content in gasoline will also lead to increased RVP. Thus, there is currently an incentive to find new ways of retaining high gasoline octane prices while maintaining a low RVP within the framework of the new emissions regulations.
수 십 년 전에는, 가솔린의 옥탄가를 증가시키기 위해 납이 가솔린의 첨가제로 사용되었다. 그러나, 그 유해한 환경적 영향으로 인해 대부분의 국가에서 가솔린 블렌드로부터 납이 제거되었다. 지난 20 여 년 동안, 납의 부재 하에 옥탄가를 증가시킬 필요성에 부분적으로 부응하여, 미국 및 다른 곳에서 판매되는 가솔린은 여전히 옥탄가를 높이면서 환경적으로 유해한 배기 배출물을 줄이기 위하여 산소화물인, 메틸-3급-부틸-에테르(MTBE) 15 % 부피 이하와 블렌딩 되어왔다.Several decades ago, lead was used as an additive to gasoline to increase the octane number of gasoline. However, lead has been removed from the gasoline blend in most countries due to its deleterious environmental impact. Over the past two decades, in part to respond to the need to increase octane prices in the absence of lead, gasoline sold in the US and elsewhere is still an oxygenate, methyl-3 Butyl-ether (MTBE) has been blended with up to 15% volume.
MTBE가 낮은 RVP를 갖는 반면, MTBE 자체는 오염물질 및 잠재적 인간 발암물질로 분류되어 왔다. 설상가상으로, 많은 가솔린 저장 탱크가 누출을 나타내었으며, MTBE가 고도로 수용성이고 생분해성이 낮기 때문에 MTBE는 많은 지역사회에서 지하수를 오염시켜왔다. 따라서, 미국에서 판매되는 가솔린 중의 MTBE의 사용은 실질적으로 최근 몇 년 간 중단되어왔다. While MTBE has a low RVP, MTBE itself has been classified as a contaminant and potential human carcinogen. To make matters worse, many gasoline storage tanks have been leaked, and MTBE has been highly water-soluble and low in biodegradability, so MTBE has contaminated groundwater in many communities. Thus, the use of MTBE in gasoline sold in the United States has been substantially halted in recent years.
현재, 계획된 MTBE 대체물은 밀 또는 사탕수수에서 온 발효된 곡물 에탄올이다. 예를 들어, US 4398920(A)은 발효로부터 온 에탄올, 아세톤, 및 메탄올의 혼합물을 포함하는 블렌딩된 연료를 개시한다. 가솔린 블렌드 중에 에탄올의 사용은, 그의 더 높은 블렌딩 RON 및 그의 독성이 업계에 알려져 있다는 사실을 포함하여, 많은 면에서 유리하다. 그러나, 에탄올의 제조는 비싸고 세금 감면이 주어졌을 때에만 경제적으로 지속가능할 수 있다. 이에 더해, 운송 산업에서의 필요를 만족시키기에 충분한 양의 곡물 에탄올을 제조하는 것은 곡물 작물을 식량으로 사용하는 것에 지장을 주는 부작용을 갖는다. 나아가, 에탄올은 가솔린과 비교했을 때 상대적으로 낮은 에너지 함량을 갖는다. 구체적으로, 가솔린이 약 113,000 Btu's/갤런을 함유하는 반면 에탄올은 약 76,000 Btu's/갤런을 함유한다. 에탄올은 또한 물에 대한 높은 친화도를 가지고 정제공장에서 가솔린과 함께 직접적으로 혼합될 수 없으며, 따라서 이것은 네트워크의 마지막 분배 지점 직전에만 첨가될 수 있다. 더욱이, 에탄올은 10 내지 15 % 블렌딩 수준에서 17 내지 22 psi로 변화하는 더 높은 RVP를 가져오는 가솔린의 구성성분과 함께 쉽게 저-비점 공비 혼합물을 형성한다. 에탄올 블렌드와 연관된 더 높은 RVP가, 특별히 여름 동안에 문제된다. 추가적으로, 과도하게 높은 에탄올 농도 (약 10 부피%의 에탄올)가 NOx의 배출물을 증가시키는 것으로 여겨진다.Currently, the proposed MTBE alternative is fermented grain ethanol from wheat or sugarcane. For example, US 4398920 (A) discloses a blended fuel comprising a mixture of warmed ethanol, acetone, and methanol from fermentation. The use of ethanol in gasoline blends is advantageous in many respects, including the fact that its higher blending RON and its toxicity are known in the art. However, the manufacture of ethanol can be economically sustainable only when it is expensive and given tax relief. In addition, the production of sufficient quantities of grain ethanol to meet the needs of the transportation industry has the side effect of hindering the use of grain crops as food. Furthermore, ethanol has a relatively low energy content compared to gasoline. Specifically, gasoline contains about 113,000 Btu's / gallon while ethanol contains about 76,000 Btu's / gallon. Ethanol also has high affinity for water and can not be mixed directly with gasoline in refineries, so this can only be added just before the last dispensing point of the network. Moreover, ethanol readily forms low-boiling azeotrope with the components of gasoline, resulting in higher RVPs varying from 17 to 22 psi at 10-15% blending levels. Higher RVPs associated with ethanol blends are particularly problematic during the summer. In addition, an excessively high ethanol concentration (about 10% by volume of ethanol) is believed to increase NO x emissions.
알킬레이트 (예를 들어, 이소-옥탄 및 트리메틸 펜탄)가 또한 이들의 더 높은 RON, 낮은 RVP, 및 배출물에 대한 긍정적 영향으로 인하여 MTBE에 대해 매우 바람직한 치환물이다. 알킬화는 황산 또는 플루오린화 수소의 존재 하에서 프로필렌 및 부텐과 같은 가벼운 올레핀과 이소부탄의 촉매 알킬화 반응에 의한 고도로 분지된 파라핀의 형성으로 구성된 정제 공정이다. 환경적 견지에서, 황산 및 플루오린화 수소 모두 강산이다. 따라서, 보통의 작동 중의 어느 한 산의 막대한 부피의 취급, 이들의 부산물의 처리, 및 이들의 회수를 위한 어느 한 산의 수송은 이들의 부식성으로 인해 위험성이 높다. 결과적으로, 알킬레이트의 제조는 환경 친화적 공정이 아니다.Alkylates (e. G., Iso-octane and trimethylpentane) are also highly desirable substitutes for MTBE due to their positive effects on their higher RON, lower RVP, and emissions. Alkylation is a purification process consisting of the formation of highly branched paraffins by catalytic alkylation of light olefins such as propylene and butene with isobutane in the presence of sulfuric acid or hydrogen fluoride. From an environmental standpoint, both sulfuric acid and hydrogen fluoride are strong acids. Thus, the handling of enormous volumes of any acid during normal operation, the treatment of their by-products, and the transport of any acid for their recovery are highly hazardous due to their corrosiveness. As a result, the production of alkylates is not an environmentally friendly process.
전반적으로, 더 높은 RON 및 더 낮은 RVP를 유지할 필요성과 함께, 비용 및 환경적 문제를 고려하여, 추가적인 옥탄 증진제의 제조 방법이 필요하다.Overall, there is a need for a method of making additional octane enhancers, taking into account cost and environmental issues, along with the need to maintain higher RON and lower RVP.
옥탄 증진제를 제조하는 이러한 한 가지 방법은 고-옥탄 탄화수소 구성성분을 생성하는 부텐의 이량체화 및 올리고머화이다. 혼합 부텐의 이량체화 및 올리고머화로부터 얻어진 주 화합물은 C8 및 C12 올레핀이다. 이들 C8 올레핀 중에, 디이소부텐(DIB)이 가장 바람직하다. DIB는 많은 장점, 예컨대 MTBE 및 알킬레이트와 비교하여 더 높은 RON, 더 나은 안티-노크 품질, 및 더 높은 에너지 함량, 뿐만 아니라 MTBE 및 에탄올보다 더 낮은 RVP를 갖는 비-산소화 연료 구성성분이다. 보다 구체적으로, 부텐 이량체화 및 올리고머화로부터 유도된 고도로 분지된 옥텐은 (a) 동일한 부피가 낮은 RON 가솔린에 첨가되었을 때 MTBE에 따라 증가하는 매우 유사한 RON을 제공하고; (b) MTBE 및 알킬레이트와 비교하여 더 높은 RON 감도, 따라서 현대 및 장래의 불꽃 점화 엔진에 있어서 더 나은 안티-노크 품질 및 더 높은 연소 효율을 가지며; (c) MTBE와 비교하여 더 높은 에너지 함량 및 더 낮은 RVP를 갖는 경향이 있다.One such method of making octane enhancers is the dimerization and oligomerization of butenes to produce high-octane hydrocarbon constituents. The main compounds obtained from dimerization and oligomerization of mixed butenes are C8 and C12 olefins. Among these C8 olefins, diisobutene (DIB) is most preferred. DIB is a non-oxygenated fuel component with many advantages, such as higher RON, better anti-knock quality, and higher energy content as compared to MTBE and alkylate, as well as MTBE and lower RVP than ethanol. More specifically, highly branched octenes derived from butene dimerization and oligomerization (a) provide a very similar RON that increases with MTBE when added to the same low volume RON gasoline; (b) have a higher RON sensitivity compared to MTBE and alkylate, and thus have better anti-knock quality and higher combustion efficiency in modern and future spark ignition engines; (c) higher energy content and lower RVP compared to MTBE.
가벼운 지방족 올레핀 이량체화 기작의 두 가지 주된 유형이 있다: 금속-촉매 배위 기작 및 산-촉매 이온 기작. 배위 금속 착물-촉매 방법은 종종 다른 것 중에서 니켈, 코발트, 또는 지글러-유형(Ziegler-type) 촉매를 사용한다. 이들 방법은 보통 n-부텐을 출발 물질로 사용하며, 일반적으로 대체로 선형 올레핀 또는 주로 올레핀 이중 결합의 머리-꼬리 및 머리-머리 이량체화 및 올리고머화를 제조한다. 배위 금속 착물-촉매 방법은 광범위하게 연구되었으나, 이들은 본 발명의 대상은 아니다.There are two main types of light aliphatic olefin dimerization mechanisms: metal-catalyzed coordination mechanisms and acid-catalyzed ion mechanisms. The coordination metal complex-catalyst method often uses nickel, cobalt, or Ziegler-type catalysts among others. These processes usually use n-butene as a starting material and generally produce head-to-tail and head-to-head dimerization and oligomerization of mostly linear olefins or predominantly olefinic double bonds. Although coordination metal complex-catalyst methods have been extensively studied, they are not the subject of the present invention.
대조적으로, 산-촉매 방법은 강하게 분지된 올레핀을 제조한다. 이소부텐의 이량체화는 전형적으로 술폰 산 유도체, 제올라이트, 및 이온 교환 수지를 포함하는 산 촉매를 사용하여 수행된다. 황산 및 플루오린화 수소는 종종 이소부텐의 이량체화를 촉매하는 데에 사용되어 왔지만, 상기에 언급되었듯, 이들 촉매는 본질적으로 부식성이 높은 경향이 있다. In contrast, acid-catalyzed processes produce strongly branched olefins. The dimerization of isobutene is typically carried out using an acid catalyst comprising a sulfonic acid derivative, a zeolite, and an ion exchange resin. Sulfuric acid and hydrogen fluoride have often been used to catalyze dimerization of isobutene, but as mentioned above, these catalysts tend to be highly corrosive in nature.
산화 니켈 촉매가 또한 부텐 올리고머화 방법에 사용되어 왔다. 그러나, 이들 촉매는 C8 올레핀이 85 %의 선택성으로 선택적으로 얻어질 수 있다는 사실에도 불구하고, 코크 형성(coke formation)으로 인해 신속하게 불활성화된다. 이들 지지된 니켈-기반 촉매는 또한 덜 분지된 이량체 또는 올리고머를 제조하는 경향이 있다.Nickel oxide catalysts have also been used in the butene oligomerization process. However, these catalysts are rapidly inactivated due to coke formation, despite the fact that C8 olefins can be selectively obtained with a selectivity of 85%. These supported nickel-based catalysts also tend to produce less branched dimers or oligomers.
제올라이트 기반 촉매는 1970 년대에 올레핀을 이량체화 또는 올리고머화 한다고 보고되었다. 예를 들어, DE 2347235 A1은 170 ℃/40 atm에서 5 % Ni 함량의 제올라이트 촉매 통한 1-부텐의 이량체화가 40.5 % 전환 및 81.8 % 선택성의 선형 옥텐을 제공한다는 것을 교시한다. 그러나, 심지어 150 ℃에서, 코킹(coking)으로 인한 낮은 n-부텐 이량체화 활성 및 빠른 불활성화가 검출된다. 소량의 경질 코크스(hard coke)가 제올라이트의 내부 산성 부위로의 반응물의 접근을 막는 데에 충분하다. 제올라이트-기반 촉매를 사용할 때 크랙킹(cracking)이 종종 관찰된다.Zeolite-based catalysts have been reported to dimerize or oligomerize olefins in the 1970s. For example, DE 2347235 A1 teaches that dimerization of 1-butene through a zeolite catalyst with a 5% Ni content at 170 ° C / 40 atm provides 40.5% conversion and 81.8% selectivity of linear octene. However, even at 150 ° C, low n-butene dimerization activity and fast inactivation due to coking are detected. A small amount of hard coke is sufficient to prevent access of the reactants to the internal acid sites of the zeolite. Cracking is often observed when using zeolite-based catalysts.
이온 (이온성) 교환 수지 촉매는 무기 산 촉매와 비교하여 산성 폐기물 스트림의 부정적인 환경적 영향을 감소시킨다. 추가적으로, 이온 교환 수지 촉매는 최소한도로 부식적이며 쉽게 생성물로부터 분리된다. 현재까지, 이온 교환 수지 촉매는, 이들 생성물이 유용한 옥탄 증진제이므로 오직 DIB 및 이소옥텐을 제조하는 선택적 이소부텐 이량체화 공정에만 사용되어 왔다. 한편으로는, 공급원료는 DIB가 본질적으로 배타적으로 형성되는 것을 가져오는 이소부텐 (부텐의 한 이성질체)으로 제한되었다. 다른 촉매, 예컨대 산화 니켈 및 니켈을 갖거나 갖지 않는 제올라이트는 혼합된 가벼운 올레핀의 이량체화에 대한 활성, 선택성, 및 촉매 수명에 있어서 본 발명의 이온 교환 수지 촉매에 비해 열등한 것으로 나타난다. The ionic (ionic) exchange resin catalyst reduces the negative environmental impact of the acid waste stream compared to inorganic acid catalysts. In addition, the ion exchange resin catalyst is at least corrosive and readily separates from the product. To date, ion exchange resin catalysts have been used only in selective isobutene dimerization processes to produce DIB and isoctene, since these products are useful octane enhancers. On the one hand, the feedstock is limited to isobutene (an isomer of butene) which results in the DIB being essentially exclusively formed. Other catalysts such as zeolites with or without nickel oxide and nickel appear to be inferior to the ion exchange resin catalysts of the present invention in activity, selectivity, and catalyst lifetime for the dimerization of mixed light olefins.
따라서, RON 증진제로서 현재 사용되는 MTBE, 에탄올, 또는 알킬레이트에 비해 많은 장점을 보이는 탄화수소 구성성분의 효율적인 제조에 대한 필요성이 있다. 추가적으로, 이들이 최소한도로 부식적이며 반응 후 생성물로부터 쉽게 분리가능하므로 이온 교환 수지 촉매를 사용하는 이러한 방법에 대한 필요성이 있다. 최종적으로, 다른 옥탄 증진제, 예컨대 에탄올의 높은 제조 비용으로 인하여 옥탄 증진제를 제조하는 비싸지 않은 방법을 발견하는 것에 대한 강한 인센티브가 있다. Thus, there is a need for efficient production of hydrocarbon components that have many advantages over MTBE, ethanol, or alkylate currently used as RON enhancers. Additionally, there is a need for such a process using ion exchange resin catalysts as they are at least corrosive and readily separable from the reaction product. Finally, there is a strong incentive to find an inexpensive way to make an octane enhancer due to the high manufacturing costs of other octane enhancers such as ethanol.
본 발명은 다른 연료 구성성분, 예컨대 MTBE, 에탄올, 및 알킬레이트의 단점을 극복한 옥탄-증진 연료 구성성분을 제조하는 방법과 관련된다. 구체적으로, 한 실시양태에서 본 발명은 혼합 올레핀 (부텐) 공급물의 이량체화 및 올리고머화 반응으로부터 C8 및 C8+ 올레핀을 제조하는 방법과 관련된다. 본 방법은 온화한 조건 하에서 산성 이온 교환 수지 촉매가 있는 반응기로 두 개 이상의 부텐 이성질체를 함유하는 혼합 부텐 액상 공급물을 도입하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of making an octane-enhancing fuel component that overcomes the disadvantages of other fuel components such as MTBE, ethanol, and alkylate. Specifically, in one embodiment, the present invention relates to a process for preparing C8 and C8 + olefins from dimerization and oligomerization reactions of mixed olefin (butene) feeds. The process comprises introducing a mixed butene liquid feed containing two or more butene isomers into a reactor with an acidic ion exchange resin catalyst under mild conditions.
한 실시양태에서, 혼합 부텐 공급물은 네 가지 부텐 이성질체 모두로 구성된다. 또 다른 실시양태에서, 혼합 부텐 공급물은 두 개 이상의 부텐 이성질체로 구성되며, 임의로, 다른 C2 내지 C5 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및 펜텐을 혼입할 수 있다. In one embodiment, the mixed butene feed consists of all four butene isomers. In another embodiment, the mixed butene feed is comprised of two or more butene isomers and optionally other C2 to C5 olefins such as ethylene, propylene and pentene may be incorporated.
혼합 부텐 공급물은 반응기에서 이온 교환 수지 기반 촉매와 상호작용하며 혼합 부텐을 고급 올레핀으로 전환한다. 온화한 반응 조건 하에서 이온 교환 수지 기반 촉매의 사용은 산화 니켈 또는 제올라이트-기반 촉매를 사용하는 다른 상업적 올리고머화 방법보다 두드러진 장점인, 제품의 크랙킹 및 촉매 불활성화를 방지할 것이다. 추가적으로, 온화한 조건 하에서 부텐 이량체화/올리고머화 반응에서의 이온-교환 수지 촉매의 사용은 산화 니켈 및 제올라이트-기반 촉매와 비교하여, 보다 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀 생성물-구체적으로, 매우 중요한 RON 증진제인 고도로 분지된 옥텐-을 가져온다. 한 실시양태에서, 이온 교환 수지 기반 촉매는 수소 형태의 술폰 산 양이온 교환체이다. 그러나, 또 다른 실시양태에서, 극성 화합물, 예컨대 부탄올 또는 물을 화학 반응을 촉진하기 위해 촉매에 첨가할 수 있다.The mixed butene feed interacts with the ion exchange resin-based catalyst in the reactor and converts the mixed butene to higher olefins. The use of ion exchange resin-based catalysts under mild reaction conditions will prevent cracking and catalyst deactivation of the product, which is a significant advantage over other commercial oligomerization processes using nickel oxide or zeolite-based catalysts. Additionally, the use of ion-exchange resin catalysts in the butene dimerization / oligomerization reaction under mild conditions results in more highly branched C8 and C8 + olefin products compared to nickel oxide and zeolite-based catalysts, Which is a highly branched octene. In one embodiment, the ion exchange resin-based catalyst is a sulfonic acid cation exchanger in the form of hydrogen. However, in another embodiment, a polar compound such as butanol or water may be added to the catalyst to promote the chemical reaction.
한 실시양태에서, 반응기의 온도를 30 내지 160 ℃로 유지하고, 반응기의 압력을 20 내지 100 바로 유지하며, 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)는 약 0.33 시간으로 유지한다.In one embodiment, the temperature of the reactor is maintained at 30 to 160 占 폚, the pressure of the reactor is maintained at 20 to 100, and the liquid hourly space velocity (LHSV) of the reactor is maintained at about 0.33 hours.
본 발명의 보다 완전한 이해와 이것의 많은 특징 및 장점들이 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 얻어질 것이다. 본 도면이 오직 본 발명의 한 실시양태만을 도시하고 있으며 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되어선 안 된다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따른 고정 층(fixed bed) 방법의 도해를 보여준다.A more complete understanding of the present invention and many of its features and advantages will be obtained with reference to the following detailed description and the accompanying drawings. It is important to note that this figure shows only one embodiment of the invention and is not therefore to be construed as limiting the scope of the invention.
Figure 1 illustrates an illustration of a fixed bed method in accordance with one embodiment of the present invention.
앞서 언급되었듯, 종래 기술은 많은 이소-부텐의 이량체화/올리고머화 방법을 포함하지만, 이들 방법은 연관된 결함, 예컨대 한 유형의 올레핀 (예를 들어, C8 올레핀)에만 고도로 선택적이고, 다른 더 고급인 올레핀은 매우 소량으로 존재하는 것을 포함한다. 특히, 종래 기술은 한 가지 부텐 이성질체 (예를 들어, 이소부텐)의 이량체화/올리고머화와 관련된다. 이에 더해, 이들 방법 중 일부는 기술적으로 복잡하며 공급물 스트림을 처리하는 여러 단계를 요구한다.As mentioned earlier, the prior art includes many dimerization / oligomerization methods of iso-butene, but these methods are highly selective only for associated defects, such as one type of olefin (e.g., C8 olefin) The phosphorus olefins include those present in very small amounts. In particular, the prior art relates to the dimerization / oligomerization of one butene isomer (e.g., isobutene). In addition, some of these methods are technically complex and require several steps to process the feed stream.
본 발명은 종래 기술의 결함 및 한계를 극복하며 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀을 제조하도록 이온-교환 수지 기반 촉매를 통한 혼합 올레핀 (특히 혼합 부텐)의 이량체화 및 올리고머화 방법과 관련된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 아래에 논의된 바와 같이 높은 전환율을 가져오는 온화한 조건 하에서 수행되는 단일 단계 (단일 경로) 방법이다. 혼합 올레핀 혼합물에서의 선택적 이소부텐의 이량체화/올리고머화에 대해, 예시적인 반응 온도는 약 30 내지 100 ℃이다. 혼합 부텐의 이량체화/올리고머화에 대해, 예시적인 반응 온도는 약 80 ℃ 내지 약 180 ℃이다. The present invention relates to a process for the dimerization and oligomerization of mixed olefins (especially mixed butenes) via ion-exchange resin-based catalysts to overcome the deficiencies and limitations of the prior art and to produce highly branched C8 and C8 + olefins. More specifically, the present invention is a single step (single path) method performed under mild conditions resulting in high conversion rates as discussed below. For dimerization / oligomerization of selective isobutene in a mixed olefin mixture, an exemplary reaction temperature is about 30 to 100 < 0 > C. For dimerization / oligomerization of mixed butenes, exemplary reaction temperatures are from about 80 ° C to about 180 ° C.
혼합 올레핀 (Mixed olefins ( 부텐Butene ))
혼합 부텐은 네 가지의 구조 이성질체, 1-부텐, 2-시스-부텐, 2-트랜스-부텐, 및 이소부텐을 갖는다. 임의로, 다른 저급 올레핀, 예컨대 프로필렌 및 에틸렌이 아래에 기술된 바와 같이 공급물 중에 또한 존재할 수 있다. 이에 더해, 용어 "고급 올레핀"은 본 방법의 일부인 생성물로서 형성되고 반응기로 도입된 초기 공급원료 중의 올레핀보다 더 많은 탄소 수를 갖는 올레핀을 지칭한다. Mixed butenes have four structural isomers, 1-butene, 2-cis-butene, 2-trans-butene, and isobutene. Optionally, other lower olefins such as propylene and ethylene may also be present in the feed as described below. In addition, the term "higher olefins" refers to olefins that are formed as products that are part of the process and have a higher number of carbon atoms than olefins in the initial feedstock introduced into the reactor.
디이소부텐Diisobutene (( DIBDIB ) 또는 ) or 이소옥텐Iso-octene
디이소부텐은 두 가지 이성질체, 2,4,4-트리메틸-1-펜텐 및 2,4,4-트리메틸-2-펜텐을 포함한다.Diisobutene includes two isomers, 2,4,4-trimethyl-1-pentene and 2,4,4-trimethyl-2-pentene.
올리고머화Oligomerization
혼합 부텐의 올리고머화는 이소부텐뿐만 아니라 다른 부텐의 이성질체의 올리고머화 (이량체화)를 포함하는 모든 부텐 이성질체의 올리고머화를 포함한다. Oligomerization of mixed butenes involves oligomerization of all butene isomers, including oligomerization (dimerization) of isobutene as well as other butene isomers.
이소부텐의Isobutene 이량체화Dimerization
이온-교환 수지Ion-exchange resin
전형적으로, 이온성 (이온) 교환 수지는 매우 작은 플라스틱 비드이며 따라서, 수지의 구조는 고정된 이온이 영구히 부착되어 있는 중합체이다. 수지의 전기적 중성을 보존하기 위해, 각 고정된 이온은 반대이온으로 중화된다. 이 반대이온은 동적이며 수지 비드 안팎으로 움직일 수 있다. 비드 (수지)로 가는 각 이온은 다시 전기적 중성을 보존하기 위해 비드 밖으로 가는 이온에 의해 교체되어야 한다. 이것이 바로 이온 교환으로 불리는 것이다. 오직 동일한 전기 신호를 갖는 이온이 교환된다. 따라서 수지는 양이온 수지 형태 및 음이온 수지 형태 둘 다로 올 수 있다. 이온 교환이 효율적으로 되기 위하여, 수지 중의 이온과 용액으로부터 제거하려 하는 이온 또는 이온들 간에 친화도 차이가 있어야 한다. 수지는 수지 중의 이온과 비교해 용액 중의 이온에 대해 더 높은 친화도를 가져야 한다.Typically, ionic (ion) exchange resins are very small plastic beads and therefore the structure of the resin is a polymer in which fixed ions are permanently attached. To preserve the electrical neutrality of the resin, each immobilized ion is neutralized with a counter ion. This counterion is dynamic and can move in and out of the resin bead. Each ion to bead (resin) must be replaced again by ions going out of the bead to preserve electrical neutrality. This is called ion exchange. Only ions with the same electrical signal are exchanged. Thus, the resin can come in both a cationic resin form and an anionic resin form. In order for ion exchange to be efficient, there must be a difference in affinity between ions in the resin and ions or ions that are to be removed from the solution. The resin should have a higher affinity for ions in the solution compared to the ions in the resin.
본 발명에 따라, 이온-교환 수지는 그 구조 내에서 일어나는 주요한 물리적 변화 없이 주변 매질의 이온을 교환할 수 있는 불안정한 이온을 함유하는 불용성 기질로 널리 정의된다. 본 발명의 실시에 사용되기에 적절한 수지는 수소 형태의 술폰 산 양이온 교환체를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 그러나, 다른 이온-교환 수지를, 이들이 의도된 기능을 수행할 수 있고 본원에 기술된 이량체화/올리고머화 방식에 사용되기에 적절하다면 사용할 수 있을 것임이 이해될 것이다.According to the present invention, an ion-exchange resin is widely defined as an insoluble substrate containing unstable ions capable of exchanging ions of the surrounding medium without major physical changes taking place in its structure. Resins suitable for use in the practice of the present invention include, but are not limited to, a sulfonic acid cation exchanger in the form of a hydrogen. However, it will be appreciated that other ion-exchange resins may be used if they are capable of performing the intended function and are suitable for use in the dimerization / oligomerization schemes described herein.
C8 올레핀: C8 olefins :
본 발명에서 언급된 C8 올레핀의 혼합물은 혼합 부텐의 이량체인 혼합 옥텐이다. 총 72 개의 옥텐 이성질체가 있으며 이들 중 오직 몇몇만이 높은 RON 값을 갖는다. 올레핀의 두 가지 유형, 즉 분지형 및 선형 (직쇄)이 있다. 고도로 분지된 옥텐은 가솔린에 대해 매우 중요한 RON 증진제이며 따라서, 이들 유형의 옥텐을 제조하는 것이 바람직하다. 일부 C8 올레핀은 고도로 분지된, 예컨대 디메틸-헥센 및 트리메틸-펜텐이다. C8 올레핀은 또한 선형이거나 본 발명의 대상이 아닌 약간의 분지를 가질 수 있다. 본 방법에 의해 고리형 생성물이 또한 생성될 수 있음이 또한 이해될 것이다.The mixture of C8 olefins mentioned in the present invention is mixed octene which is an equivalent of mixed butenes. There are a total of 72 octenomers, of which only a few have high RON values. There are two types of olefins: branched and linear (straight chain). Highly branched octene is a very important RON enhancer for gasoline and therefore it is desirable to produce these types of octenes. Some C 8 olefins are highly branched, such as dimethyl-hexene and trimethyl-pentene. C8 olefins may also be linear or have some branching that is not the subject of the present invention. It will also be appreciated that the cyclic product can also be produced by the present process.
C8+ 올레핀: C8 + olefin :
C8+ 올레핀은 12 개 이상의 탄소 수를 갖는 혼합 부텐의 올리고머를 의미한다. 고리형 생성물은 또한 본 방법에 의해 형성될 수 있다.C8 + olefin means an oligomer of mixed butene having 12 or more carbon atoms. The cyclic product can also be formed by the present process.
본원의 The present invention 이량체화Dimerization // 올리고머화Oligomerization 방법 Way
본원에 기술된 바와 같이, 올레핀으로부터 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀을 제조하는 효과적인 방법이 본 발명의 실시양태로서 제공되며 보다 특히, 고도로 분지된 올레핀이 형성된다. 추가적으로, 부텐 및/또는 다른 올레핀으로부터 제조된 올리고머를 포함하는 연료 조성물을 제조하는 방법이 또한 본 발명의 실시양태로서 제공된다.As described herein, an effective method of producing highly branched C8 and C8 + olefins from olefins is provided as an embodiment of the present invention, and more particularly, highly branched olefins are formed. Additionally, a method of making a fuel composition comprising an oligomer made from butene and / or other olefins is also provided as an embodiment of the present invention.
예를 들어, 본 발명의 한 실시양태에서, 혼합 올레핀 공급원료를 적당한 반응 조건 및 바람직하게는 올리고머를 포함하는 생성물 스트림을 제조하는 단일 단계 방법 (단일 경로)의 일부로서 촉매와 접촉시킨다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 미-반응 올레핀을 상기 올리고머의 생성물 스트림을 제조하도록 재활용할 수 있다. 보다 구체적으로, DIB를 포함하여, 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀을 포함하는 생성물 스트림을 제조하는 적당한 반응 조건에서 혼합 부텐 공급원료를 촉매와 접촉시킨다. 생성물 스트림을 연료 조성물을 제조하도록 연료 구성성분과 함께 사용할 수 있다. 연료 조성물의 연료 구성성분을 가솔린, 디젤, 제트 연료, 항공용 가솔린, 난방유, 벙커유, 또는 이들의 조합, 또는 본 발명의 사상 내의 다른 적절한 연료 구성성분으로부터 선택할 수 있다. 바람직한 실시양태를 포함하는 특정 실시양태에서, 얻어진 연료 조성물은 환경에 해로운 영향을 미칠 수 있는 다른 화학물질의 존재 없이 증가된 RON 및 감소된 RVP를 갖는다.For example, in one embodiment of the present invention, the mixed olefin feedstock is contacted with the catalyst as part of a single stage process (single pass) to produce a product stream comprising suitable reaction conditions and preferably oligomers. In another embodiment of the present invention, the non-reactive olefins may be recycled to produce a product stream of the oligomer. More specifically, the mixed butene feedstock is contacted with the catalyst under suitable reaction conditions to produce a product stream comprising highly branched C8 and C8 + olefins, including DIB. The product stream can be used with the fuel components to produce a fuel composition. The fuel composition of the fuel composition may be selected from gasoline, diesel, jet fuel, aviation gasoline, heating oil, bunker oil, or combinations thereof, or other suitable fuel components within the spirit of the present invention. In certain embodiments involving the preferred embodiment, the resulting fuel composition has increased RON and reduced RVP without the presence of other chemicals that may have deleterious effects on the environment.
혼합 올레핀 스트림의 공급원은 다양할 수 있으며 본 발명에 사용되기에 적절한 공급원료 (스트림)의 상이한 공급원을 얼마든지 아우를 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시양태에서, 혼합 올레핀 스트림은 FCC 장치 또는 열적 크랙킹 장치로부터의 방출 스트림, MTBE 공정으로부터의 라피네이트(raffinate) 스트림, TBA 공정으로부터의 라피네이트 스트림, 액화 석유 가스 (LPG) 스트림 또는 이들의 조합일 수 있다. 혼합 올레핀 스트림의 다른 공급원이 본 발명의 범위 내라는 것이 추가로 이해될 것이다. 개시된 실시양태에 따라, 혼합 올레핀 스트림은 혼합 부텐 스트림을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 혼합 올레핀 스트림은 혼합 C3 내지 C5 올레핀 공급물 스트림 형태일 수 있다. 그러나 다른 실시양태에서, 혼합 올레핀 스트림은 하나 이상의 폴리프로필렌, n-부틸렌, 2-부텐, 이소부틸렌, 펜텐, 헥센, 6 개 초과의 탄소를 갖는 올레핀 등을 포함할 수 있다. 혼합 올레핀 스트림의 다른 적절한 공급원 및 올레핀의 유형은 당업자에게 명백할 것이며 본 발명의 범위 내로 고려될 것이다.The source of the mixed olefin stream can vary and can include any number of different sources of feedstock (stream) suitable for use in the present invention. For example, in some embodiments of the present invention, the mixed olefin stream may comprise an effluent stream from an FCC unit or a thermal cracking unit, a raffinate stream from an MTBE process, a raffinate stream from a TBA process, LPG) stream or a combination thereof. It will be further understood that other sources of mixed olefin streams are within the scope of the present invention. According to the disclosed embodiment, the mixed olefin stream may comprise a mixed butene stream. In another embodiment, the mixed olefin stream may be in the form of a mixed C3 to C5 olefin feed stream. However, in other embodiments, the mixed olefin stream may include one or more polypropylene, n-butylene, 2-butene, isobutylene, pentene, hexene, olefins having more than 6 carbons, and the like. Other suitable sources of mixed olefin streams and types of olefins will be apparent to those skilled in the art and are contemplated within the scope of the present invention.
본 발명의 한 바람직한 실시양태에 따라, 본 발명에 사용한 혼합 부텐 공급물 (스트림/공급원료)은 1-부텐, 이소부텐, 2-트랜스-부텐 및 2-시스-부텐 중 두 개 이상 및 바람직하게는 네 가지 이성질체 모두의 액체 혼합물이다. 이들 상대적으로 저급인 혼합 부텐 공급물은 정제공장 테일 가스(tail gas)로부터 직접적으로 나올 수 있다.According to one preferred embodiment of the invention, the mixed butene feed (stream / feedstock) used in the present invention is a mixture of two or more of 1-butene, isobutene, 2-trans- Is a liquid mixture of all four isomers. These relatively low mixed butene feeds may come directly from the refinery feed tail gas.
상이한 부텐 이성질체는 이량체화 또는 올리고머화에 대한 상이한 활성을 갖는다. 예를 들어, 이소부텐은 이량체화 또는 올리고머화 되는 성향이 있다. 대조적으로, 일반적으로 2-부텐, 특별히 2-트랜스-부텐이 상응하는 이량체 또는 올리고머를 형성하기는 매우 어렵다. 따라서, 대부분의 전통적인 방법은 그 방법이 특별히 부텐의 한 이성질체를 이량체화 하는 데에 맞춰진, 한 부텐 이성질체의 선택적 이량체화에 초점을 맞춘다. 따라서 이 방법 한계는 한 올레핀 유형이 우세한 생성물 스트림의 형성을 가져온다. 본원에 언급된 바와 같이, DIB를 함유할 뿐만 아니라 다른 고도로 분지된 고급 올레핀을 함유하는 생성물 스트림을 형성하는 것이 바람직하다.The different butene isomers have different activities for dimerization or oligomerization. For example, isobutene has a tendency to be dimerized or oligomerized. In contrast, it is generally very difficult to form the corresponding dimer or oligomer of 2-butene, especially 2-trans-butene. Thus, most conventional methods focus on selective dimerization of the butene isomers, the method of which is specifically tailored to dimerize an isomer of butene. Thus, this method limit results in the formation of a product stream predominantly of one olefin type. As mentioned herein, it is preferred to form a product stream containing DIB as well as other highly branched higher olefins.
본 발명에 따라, 본 방법은 부텐의 모든 네 가지 이성질체가 상대적으로 온화한 조건 하에서 높은 단일 경로 전환율 및 C8 올레핀에 대한 높은 선택성으로 (C12 올레핀 및 더 작은 양의 C12+ 올레핀의 제조와 함께) 효과적으로 이량체화 또는 올리고머화 되도록 허용한다.According to the present invention, the present process is characterized in that all four isomers of butene are effectively dimerized (with the production of C12 olefins and smaller amounts of C12 + olefins) with high single pass conversions and high selectivity for C8 olefins under relatively mild conditions Or oligomerized.
한 실시양태에서, 혼합 부텐 공급물은 본원에 나타난 실시예의 검토에 의해 이해될 바와 같이 다양한 양의 모든 네 가지 부텐 이성질체로 구성된다. 그러나, 이전에 언급된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시양태에 따라, 공급물은 두 개 이상의 부텐 이성질체, 뿐만 아니라 다른 C3 내지 C5 올레핀, 예컨대 프로필렌 및 에틸렌을 포함할 수 있다. In one embodiment, the mixed butene feed is composed of all four butene isomers in varying amounts as will be appreciated by review of the examples presented herein. However, according to another embodiment of the present invention as previously mentioned, the feed may comprise two or more butenes, as well as other C3 to C5 olefins such as propylene and ethylene.
도 1은 본 발명에 따른 혼합 부텐의 이량체화/올리고머화를 수행하는 한 가지 예시적인 시스템(100)을 도시한다. 도 1은 마찬가지로 예시적인 방법 흐름을 보여준다. 도 1은 고정 층 방법에서의 본 발명의 구현을 보여준다. 시스템(100)은 고정 층 반응기 용기 형태일 수 있는 반응기(110)를 포함한다. 촉매를 보여지는 바와 같이 반응기(110)의 부분 또는 영역(112)에 적재한다. 도시된 실시양태에서, 촉매는 반응기(110) 중앙에 위치한다. 반응기(110) 자체는 일반적으로 (120)에서 보여지는 핫박스(hotbox)에 놓여진다.Figure 1 illustrates one
반응물은 다음의 방식으로 반응기(110)로 운반된다. 공급원료 (예를 들어, 혼합 부텐 공급물)의 공급원은 (130)에서 식별되며 공급원(130)은 공급원료가 저장통(140)에 저장되도록 저장 통(140)에 유동적으로 연결 (예를 들어, 유체 도관(131) (예컨대 파이프)의 수단으로) 되어 있다. 본원에서 언급된 바와 같이, 공급원료는 전형적으로 액체 스트림이다. The reactants are conveyed to the
밸브 또는 흐름 통제 장치(145)는 저장 통(140) 및 반응기(10) 모두로의 공급원료의 흐름을 통제하도록 도관을 따라 배치된다. 이에 더해, 공급원료 (혼합 부텐)를 반응기(110)로 바람직한 속도로 운반하는 수단(150)이 제공된다. 수단(150)은 도관(141)을 통해 저장 통(140)과 소통하고 공급원료를 바람직한 유속으로 반응기(110)로 운반하는 것을 가동적으로 야기하도록 구성된다. 한 실시양태에서, 수단(150)은 액체 공급원료를 반응기(110)로 바람직한 속도 (유속)로 누르는 데에 사용되는 가스 공급원 (예컨대 N2) 형태이다. 가스 공급원(150)은 저장 통(140)으로의 가스 흐름을 통제하기 위한 밸브 등(155)을 포함할 수 있는 도관 (예를 들어, 파이프)의 수단으로 저장 통(140)에 연결되어 있다.A valve or
밸브(145)는 공급원(130)으로부터 저장 통(140)으로의 흐름을 폐쇄하는 위치에 놓일 수 있지만; 저장 통(140)에 저장된 공급원료 및 (공급원(150)으로부터의) 합쳐진 가스는 밸브(145)를 통해 반응기(110)로 흐르도록 허용된다. 도관(151)은 밸브(145)로부터 반응기의 유입구(110)로 이어질 수 있다. 도관(151)에, 공급원료의 반응기 유입구(110)로의 흐름을 통제하는 밸브(153)가 있을 수 있다.The
반응기(110) 유입구로 진입하기 전, 공급원료는 밸브(145) 및 반응기(110) 사이에 위치한 열 교환 장치(160)를 통과한다. 열 교환 장치(160)는 공급원료가 반응기(110)에 진입하기에 앞서 공급원료의 온도를 사전선택된 온도 (예를 들어, 선택된 반응기 온도)로 조정하도록 구성된다. 반응기(110)를 통과하고 영역(112)에서 촉매와 접촉한 후, 올레핀 생성물이 본원에 논의된 바와 같이 형성되며 이들 생성물은 도관(171)을 통해 반응기(110)의 유출구를 빠져나와 분리기(170)로 도입된다. 본원에 기술된 바와 같이, 반응기(110)는 생성물 스트림을 형성하도록 공급원료가 이를 통해 흐르고 촉매와 접촉하는 단일 단계 반응기일 수 있다. 따라서 전환율은 단일 경로 전환율로 기술될 수 있다.Before entering the inlet of the
분리기(170)는 높은 끓는점을 갖는 올레핀 생성물이 냉각되고 일반적으로 (180)에서 지시되는 액체 샘플로 수집되기 전에 도관(173)을 통해 흐르는 액체/가스 분리기의 형태일 수 있다. 미반응 공급원료를 추가의 공정 및/또는 수집을 위해 상이한 유출구를 통해 분리기(170)에서 제거한다. 예를 들어, 미반응 공급원료 (예를 들어, 미반응 부텐)는 도관(175)을 통해 흘러 온라인 가스 크로마토그래프(190)에 의해 분석될 수 있거나 벤트(vent)(179)로 이끄는 도관/라인(177)을 통해 단순히 환기될 수 있다. 하나 이상의 밸브가 보여지는 바와 같이 라인(177)에 포함될 수 있다.The
생성물 (액체 샘플(180))이 이후 추가로 처리되고(거나) 다른 장소로 수송될 수 있음이 이해될 것이다.It will be appreciated that the product (liquid sample 180) may then be further processed and / or transported elsewhere.
본원에 언급된 바와 같이 한 실시양태에 따라, 고정 층 반응기(110)는 특히 본 발명에 사용되기에 적절한 고체 이온 교환 촉매로 적재된 하나 이상의 영역(112)을 갖는다. 하나의 예시적인 고체 이온 교환 촉매는 고체 브뢴스테드(Broensted) 산 촉매이다. 따라서, 고체 이온 교환 촉매는 본 발명에 사용되기에 적절한 유형일 수 있으며 바람직한 고도로 분지된 올레핀 (C8 및 C8+ 올레핀)을 형성하도록 혼합 올레핀의 이량체화/올리고머화를 가져오는 유형이다.According to one embodiment as referred to herein, fixed
본원에 기술된 온화한 반응 조건 하에서, 본 촉매의 유형은 생성물 크랙킹을 방지할 것이며 촉매 비활성화―산화 니켈 또는 제올라이트-기반 촉매를 사용하는 다른 상업적 올리고머화 방법에서 종종 발생하는 문제-에 덜 민감할 것이다. 나아가, 이온-교환 수지 촉매는 산화 니켈 및 제올라이트-기반 촉매와 비교해 더 온화한 반응 조건으로 보다 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀의 제조를 가져온다. Under the mild reaction conditions described herein, the type of the catalyst will prevent product cracking and will be less sensitive to the problems often encountered in other commercial oligomerization methods using catalyst deactivation-nickel oxide or zeolite-based catalysts. Furthermore, ion-exchange resin catalysts result in the production of more highly branched C8 and C8 + olefins with milder reaction conditions than nickel oxide and zeolite-based catalysts.
일부 실시양태에서, 사용된 촉매 수지는 수소 형태의 술폰 산 양이온 교환체이다. 특정 예시적인 강산 양이온 교환 수지가 개시된 실시예를 참조하여 아래에 기술되어 있다. 극성 화합물의 스트림을 또한 올리고머화/이량체화 반응을 촉진하도록 반응기의 촉매에 첨가할 수 있다. 한 실시양태에서, 촉진제 공급물은 알콜, 예컨대 부탄올일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 촉진제 공급물은 물로 구성된다. In some embodiments, the catalyst resin used is a sulfonic acid cation exchanger in the hydrogen form. Certain exemplary strong acid cation exchange resins are described below with reference to the disclosed embodiments. The stream of polar compounds may also be added to the catalyst of the reactor to promote the oligomerization / dimerization reaction. In one embodiment, the promoter feed may be an alcohol, such as butanol. In another embodiment, the promoter feed comprises water.
본 발명의 반응은 온화한 반응 온도 하에서 일어난다. 혼합 올레핀 혼합물의 이소부텐의 선택적 이량체화/올리고머화에 대해, 반응 온도는 30 내지 100 ℃이다. 혼합 부텐의 이량체화/올리고머화에 대해, 반응 온도는 80 ℃ 내지 180 ℃이다. 보다 구체적으로, 이온 교환 수지 촉매 및 반응기(110)의 온화한 조건의 사용은 알킬레이트 제조에서 전형적으로 관찰되는 것과 대조적으로, 비-부식적, 환경-친화적 반응을 일으킨다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 반응이 수행되는 온도는 이소부텐 이량체화에 대해 높은 선택성을 달성하는 약 30 ℃이다.The reaction of the present invention occurs under mild reaction temperature. For selective dimerization / oligomerization of isobutene in the mixed olefin mixture, the reaction temperature is from 30 to 100 占 폚. For dimerization / oligomerization of mixed butenes, the reaction temperature is from 80 캜 to 180 캜. More specifically, the use of the mild conditions of the ion exchange resin catalyst and
본원에 기술된 시스템 및 방법은 공급물 스트림이 연속적으로 반응기로 공급되는 연속적 흐름 방법이다.The systems and methods described herein are a continuous flow method in which a feed stream is continuously fed to a reactor.
본 발명의 생성물은 소량의 C16 올레핀, C16+ 올레핀, 및 고리 화합물을 갖는, 주로 C8 올레핀 및 C12 올레핀을 포함하는 스트림의 형태이다. 제조된 C8 올레핀 중, 바람직한 것은 본원에 기술된 바와 같이 DIB이며, DIB는 옥탄 증진제로서 행동하는 측면에서 유리한 성질을 갖는다. 본 발명의 반응은 C8 올레핀―DIB 포함―뿐만 아니라 C12 올레핀에 대한 높은 선택성을 갖는다. 그러나, 이소부텐의 선택적 이량체화를 통해 DIB를 제조했던 이전의 방법과 달리, 본 발명은 DIB 및 다른 귀중한, 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀을 제조하는 상대적으로 저급인 혼합 부텐 공급물을 사용한다. 한편으로는, 본 발명에 사용되는 혼합 부텐 공급물은 높은 선택적 이소부텐의 이량체화 (즉, 공급원료가 이소부텐 단독이 아니다)를 달성하도록 구체적으로 맞춰지지 않았지만, 혼합 부텐 공급물은 DIB뿐만 아니라 다른 바람직한 올레핀 (예를 들어, 고도로 분지된 고급 올레핀)을 본원에 기술된 작동 조건 및 공정 단계의 결과로서 제조한다.The product of the present invention is in the form of a stream comprising predominantly C8 olefins and C12 olefins with minor amounts of C16 olefins, C16 + olefins, and cyclic compounds. Among the C8 olefins prepared, preferred are DIB as described herein, and DIB has favorable properties in terms of acting as an octane enhancer. The reaction of the present invention has a high selectivity for C12 olefins as well as C12 olefins-DIB. However, unlike the previous method of preparing DIB through selective dimerization of isobutene, the present invention uses a relatively low mixed butene feed to produce DIB and other valuable, highly branched C8 and C8 + olefins. On the one hand, the mixed butene feed used in the present invention is not specifically tailored to achieve high selective isobutene dimerization (i.e., the feedstock is not isobutene alone), but the mixed butene feed is not only DIB Other preferred olefins (e.g., highly branched higher olefins) are prepared as a result of the operating conditions and process steps described herein.
본 발명의 생성물은, 즉 높은 RON 값을 갖는 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀은 연료 산업에 매우 귀중하다. 상기에 언급된 바와 같이, 가솔린에 대한 점점 더 제한적인 규제로, 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀은 이러한 규제를 만족하는 대안적인 비-산소화 옥탄 증진제를 제공한다. 구체적으로, 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀은 MTBE 또는 방향족물질에서 나타나는 부정적인 환경 영향 없이 연료 중 RON을 증가시키고 RVP를 낮출 수 있다. 따라서 본 발명의 방법은 고도로 분지된 C8 올레핀을 포함할 뿐만 아니라 8 초과의 탄소 수를 갖는 다른 고도로 분지된 올레핀을 제조하는 생성물을 제조하는 것에 의해 이 목적을 달성한다.The products of the present invention, i.e. highly branched C8 and C8 + olefins having a high RON value, are very valuable to the fuel industry. As mentioned above, with increasingly restrictive regulations on gasoline, highly branched C8 and C8 + olefins provide alternative non-oxygenated octane enhancers satisfying these regulations. Specifically, highly branched C8 and C8 + olefins can increase RON and reduce RVP in the fuel without the negative environmental impact seen in MTBE or aromatics. The process of the present invention thus achieves this objective by producing a product which not only contains highly branched C8 olefins but also other highly branched olefins having a carbon number of more than 8.
본 발명을 통해 제조된 C8 및 C8+ 올레핀은 또한 귀중한 공급원료로 사용될 수 있다. 특별히, C8 및 C8+ 올레핀 생성물은 매우 요구되는 가벼운 올레핀, 예컨대 에틸렌 및 프로필렌을 제조하도록 유동 촉매 크랙킹(Fluid Catalytic Cracking, FCC) 방법, 예컨대 딥 촉매 크랙킹(Deep Catalytic Cracking, DCC) 및 고 심각도 유동 촉매 크랙킹(High Severity Catalytic Cracking, HSFCC) 방법에 대해 우수한 공급물로서 사용될 수 있다. 많은 수의 알릴 수소를 갖는 이량체 및 삼량체의 혼합물은 상당히 더 반응성이며 FCC 기반 크랙킹 방법, 예컨대 HSFCC 및 DCC에 대해 가장 바람직한 공급물로 증명되었다. 이들 C8 및 C8+ 생성물은 또한 세정제, 가소제, 살충제, 윤활제, 첨가제, 향미제, 의약품 및 많은 다른 순수한 산업용 화학물질의 합성에 중간체로서 사용될 수 있다. The C8 and C8 + olefins prepared through the present invention can also be used as valuable feedstocks. In particular, the C8 and C8 + olefin products can be used in a wide variety of applications such as Fluid Catalytic Cracking (FCC) methods such as Deep Catalytic Cracking (DCC) and high severity flow catalyst cracking to produce highly demanding light olefins such as ethylene and propylene Can be used as an excellent feed for the High Severity Catalytic Cracking (HSFCC) process. Mixtures of dimers and trimers with a large number of allylic hydrogens are considerably more reactive and have proven to be the most desirable feedstock for FCC based cracking methods such as HSFCC and DCC. These C8 and C8 + products can also be used as intermediates in the synthesis of detergents, plasticizers, pesticides, lubricants, additives, flavors, pharmaceuticals and many other pure industrial chemicals.
실시예Example
본 발명의 실시양태를 더 잘 설명하기 위해 다음의 실시예가 제공된다. 그러나, 이들 실시예는 본질적으로 단지 예시적인 것이고, 본 발명의 방법 실시양태가 반드시 이에 제한되지 않음이 이해될 것이다.The following examples are provided to better illustrate embodiments of the present invention. It should be understood, however, that these embodiments are merely exemplary in nature and that method embodiments of the present invention are not necessarily so limited.
다음의 실험을 도 1에 도시된 시스템(100)의 구성 및 특징을 갖는 시험 공장에서 수행하였다. 실시예 1 내지 3에서, 공급물스트림은 혼합 부텐 (혼합 올레핀)을 포함하며, 보다 특히, 혼합 부텐의 조성은: 1-부텐 21 %; 이소부텐 35 %; 2-시스-부텐 19 %; 및 2-트랜스-부텐 25 %이다. 혼합 부텐은 많은 수의 상이한 상업적 공급원으로부터 및 본 실험에서 얻을 수 있으며, 혼합 부텐을 압둘라 하심 가스 엘티디.(Abdullah Hashim Gas Ltd.)에서 입수하였고 임의의 정제 없이 사용하였다. 촉매는 이온-교환 수지이며, 보다 특히, 촉매는 중국 소재 카이루이 케미칼즈 씨오. 엘티디(Kairui Chemicals Co. Ltd)에서 0008-3이라는 상표명 하에서 상업적으로 입수가능한 이온-교환 수지이다. 이 예시적인 수지는 불투명 비드로 이루어지고 수소 형태의 술폰 산 양이온 교환체인 거대다공성(macroporous) 강산 양이온 교환 수지이다.The following experiment was carried out in a test plant having the configuration and characteristics of the
총 30 mL의 촉매를 반응기(110)의 영역(112)에 적재하였고 액체 시간당 공간 속도(liquid hourly space velocity, LHSV)는 약 0.33 시간- 1이었다. 반응 조건이 표 1에 열거되어 있다.It was loaded to a total of 30 mL of the catalyst in
제1 실시예에서, 반응기를 약 20 바의 압력 및 약 150 ℃의 온도에서 유지시켰다. 혼합 부텐 공급물은 다음의 백분율로 모든 네 가지 부텐 이성질체를 포함한다: 2-트랜스-부텐 (25%), 1-부텐 (21%), 이소부텐 (35%), 및 2-시스-부텐 (19%). 달리 지시되지 않는 한, 본원에 언급되는 백분율은 중량에 의한다. 시험 기간은 약 930 분이었다. 제1 실시예의 결과가 아래 표 1에 나타나 있다.In the first embodiment, the reactor was maintained at a pressure of about 20 bar and a temperature of about 150 캜. The mixed butene feed contains all four butene isomers in the following percentages: 2-trans-butene (25%), 1-butene (21%), isobutene (35% 19%). Unless otherwise indicated, the percentages referred to herein are by weight. The test period was about 930 minutes. The results of the first embodiment are shown in Table 1 below.
표 1 - 실시예 1Table 1 - Example 1
제2 실시예에서, 반응기를 약 20 바의 압력 및 약 160 ℃의 온도에서 유지시켰다. 혼합 부텐 공급물은 다음의 백분율로 모든 네 가지 부텐 이성질체를 포함한다: 2-트랜스-부텐 (25%), 1-부텐 (21%), 이소부텐 (35%), 및 2-시스-부텐 (19%). 시험 기간은 약 1020 분이었다. 제2 실시예의 결과가 아래 표 2에 나타나 있다.In the second embodiment, the reactor was maintained at a pressure of about 20 bar and a temperature of about 160 占 폚. The mixed butene feed contains all four butene isomers in the following percentages: 2-trans-butene (25%), 1-butene (21%), isobutene (35% 19%). The test period was about 1020 minutes. The results of the second embodiment are shown in Table 2 below.
표 2 - 실시예 2Table 2 - Example 2
제3 실시예에 대해, 반응기를 약 20 바의 압력 및 약 150 ℃의 온도에서 유지시켰다. 혼합 부텐 공급물은 다음의 백분율로 모든 네 가지 부텐 이성질체를 포함한다: 2-트랜스-부텐 (25%), 1-부텐 (21%), 이소부텐 (35%), 및 2-시스-부텐 (19%). 물 촉진제 공급물을 또한 반응기에 0.01 g/분의 속력으로 첨가했다. 시험 기간은 약 480 분이었다. 제3 실시예의 결과가 아래 표 3에 나타나 있다.For the third embodiment, the reactor was maintained at a pressure of about 20 bar and a temperature of about 150 ° C. The mixed butene feed contains all four butene isomers in the following percentages: 2-trans-butene (25%), 1-butene (21%), isobutene (35% 19%). A water promoter feed was also added to the reactor at a rate of 0.01 g / min. The test period was about 480 minutes. The results of the third embodiment are shown in Table 3 below.
표 3 - 실시예 3 Table 3 - Example 3
C8 내지 C12 올레핀에 대한 선택성이 94 % (실시예 1)인 반면, 본 발명의 혼합 부텐의 평균 단일 경로 전환율은 84.5 % (실시예 3)에 달한다. 본 발명의 단일 경로 전환율은 순수한 이소부텐 이량체화 및 1-부텐 이량체화에 대한 문헌에서 보고되었던 것보다 현저히 더 높다. 본원에서 보고한 전환율은 매우 보수적이다. 반응 내 부텐 및 반응 외 부텐의 가스 크로마토그래피(GC) 분석에 기반하여, 단일 경로 전환은 특정 실시양태 3에서 90 % 초과이다.While the selectivity to C8 to C12 olefins is 94% (Example 1), the average single pass conversion of the mixed butenes of the present invention is 84.5% (Example 3). The single pass conversion rates of the present invention are significantly higher than those reported in the literature for pure isobutene dimerization and 1-butene dimerization. The conversion rates reported here are very conservative. Based on the gas chromatographic (GC) analysis of the reaction inner butene and the reaction butene, the single pass conversion is greater than 90% in certain embodiments 3.
따라서, 본 발명이 혼합 부텐이 이량체화/올리고머화를 (한 가지 올레핀 생성물을 우세하게 제조하도록 구성된 선택적 방법이 아니고, 생성물 스트림의 일부로서 올레핀과 함께 알코올을 제조하도록 구성된 수화 단계 없이) 겪는 단일 단계 방법 (단일 경로 전환)을 기술함이 이해될 것이다. 본원에 기술된 바와 같이, 본 발명의 방법 및 시스템은 촉매로서 이온 교환 수지를 사용하는 네 가지 부텐 이성질체 (n-부텐, 트랜스-2-부텐, 이소-부텐 및 시스-2-부텐을 포함한다) (즉, 혼합된 가벼운 올레핀 공급물)의 이량체화/올리고머화에 함께 관련되며 단일 단계 반응기에서 구현된다. Thus, the present invention relates to a process for the preparation of a mixture of butenes in which a mixed butene undergoes dimerization / oligomerization (without an optional process configured to predominate one olefin product, but without a hydration step configured to produce an alcohol with the olefin as part of the product stream) Method (single path switching). As described herein, the methods and systems of the present invention comprise four butene isomers (including n-butene, trans-2-butene, iso-butene and cis-2-butene) (I. E., A mixed light olefin feed), and is implemented in a single stage reactor.
본 발명의 방법 및 시스템은 통상적인 이량체화/올리고머화 방법에 대해 몇 가지 장점을 제공한다. 이들 장점은: (1) 점점 더 제한적인 규제 및 가솔린 내 방향족물질의 감소를 만족시키도록 대안적인 비-산소화 옥탄 증진제, 고도로 분지된 C8 및 C8+ 올레핀을 제공하는 것; (2) 상대적으로 저급인 혼합 부텐을 드높이는 것; 및 (3) 저급 부텐을 프리미엄 크랙킹 공급물 (C8 내지 C16 올레핀)로 재활용함으로써 에틸렌 및 프로필렌의 귀중한 가벼운 올레핀의 수득을 증가시키는 것을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다.The methods and systems of the present invention provide several advantages over conventional dimerization / oligomerization methods. These advantages include: (1) providing alternative non-oxygenated octane enhancers, highly branched C8 and C8 + olefins to meet increasingly restrictive regulations and reductions in aromatics in gasoline; (2) elevating the relatively low-grade mixed butene; And (3) increasing the yield of precious light olefins of ethylene and propylene by recycling low butenes to premium cracking feeds (C8 to C16 olefins).
본 발명이 구체적인 실시양태를 사용하여 상기에 기술된 반면, 당업계의 통상의 기술자에게 명백할 것인 많은 변형물 및 변경이 존재한다. 따라서, 기술된 실시양태는 모든 측면에서 오직 설명적이며, 제한적이지 않은 것으로 고려될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 앞선 설명에 의해서라기 보다는 첨부된 청구항에 의해 나타난다. 본 청구항의 균등 범위 및 의미 내의 모든 변경들이 본 발명의 범위에 포함될 것이다.While the invention has been described above using specific embodiments thereof, there are many variations and modifications that will be apparent to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. Accordingly, the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description. All changes within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.
Claims (16)
혼합 올레핀을 혼합 고급 올레핀으로 전환하도록 반응기 내에서 혼합 올레핀 공급물을 이온-교환 수지 기반 촉매와 접촉시키는 단계; 및
반응기 용기로부터 혼합 고급 올레핀을 포함하는 생성물 스트림을 제조하는 단계
를 포함하고, 여기서 탄화수소 공급물이 2 내지 5 개의 탄소를 갖는 두 개 이상의 상이한 유형의 올레핀을 포함하며 혼합 고급 올레핀이: (1) 8 개의 탄소를 갖는 올레핀 및 (2) 8 개 초과의 탄소를 갖는 올레핀을 포함하는, 혼합 고급 올레핀을 제조하도록 혼합 올레핀을 포함하는 혼합 올레핀 공급물을 이량체화 및 올리고머화 하는 방법.Introducing a mixed olefin feed into the reactor vessel under oligomerization conditions;
Contacting the mixed olefin feed with an ion-exchange resin-based catalyst in a reactor to convert the mixed olefin to a mixed higher olefin; And
Preparing a product stream comprising a mixed olefin from the reactor vessel
Wherein the hydrocarbon feed comprises two or more different types of olefins having 2 to 5 carbons and wherein the blended higher olefins are selected from the group consisting of (1) olefins having 8 carbons and (2) ≪ / RTI > wherein the mixed olefin feed is dimerized and oligomerized to prepare a mixed olefin.
혼합 부텐을 8 개의 탄소를 갖는 고도로 분지된 올레핀 및 8 개 초과의 탄소를 갖는 올레핀을 포함하는 혼합 올레핀을 포함하는 생성물 스트림으로 전환하도록 반응기 내에서 혼합 부텐 스트림을 이온-교환 수지 기반 촉매와 접촉시키는 단계; 및
연료 조성물을 제조하도록 생성물 스트림을 연료 구성성분과 합하는 단계
를 포함하고, 여기서 혼합 부텐이 n-부텐, 트랜스-2-부텐, 이소-부텐, 및 시스-2-부텐을 포함하고;
여기서 연료 구성성분이 가솔린, 디젤, 제트 연료, 항공용 가솔린, 난방유, 벙커유, 또는 이들의 조합을 포함하는, 부텐 이량체화/올리고머화 시스템을 사용하여 혼합 부텐으로부터 연료 조성물을 제조하는 방법.Introducing a mixed butene stream comprising mixed butene as part of a dimerization / oligomerization system under oligomerization conditions into a reactor vessel;
Contacting the mixed butene stream with the ion-exchange resin-based catalyst in a reactor to convert the mixed butene to a product stream comprising mixed olefins comprising a highly branched olefin having 8 carbons and an olefin having more than 8 carbons step; And
Combining the product stream with the fuel component to produce a fuel composition
Wherein the mixed butene comprises n-butene, trans-2-butene, iso-butene, and cis-2-butene;
Wherein the fuel component comprises gasoline, diesel, jet fuel, aviation gasoline, heating oil, bunker oil, or a combination thereof.
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Patent event date: 20160622 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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