KR20180077768A - Method for producing conjugated diene - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 부타디엔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 및 원료비 절감, 생산성의 향상 등 공정의 경제성과 고순도의 부타디엔을 확보할 수 있는 부타디엔 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing butadiene, and more particularly, to a process for producing butadiene, which is capable of securing high purity butadiene, such as reduction of energy and raw material costs, improvement of productivity, and the like.
부타디엔(Butadiene)은 석유화학 시장에서 많은 석유화학 제품의 중간체로서 이용되며, 현재 석유화학 시장에서 가장 중요한 기초유분 중 하나로서 그 수요와 가치가 점차 증가하고 있다.Butadiene is used as an intermediary for many petrochemical products in the petrochemical market. It is one of the most important basic oil in the petrochemical market and its demand and value are gradually increasing.
부타디엔을 제조하는 방법으로는 납사 크래킹을 통한 C4 유분으로부터 추출하는 방법, 부텐(butene)의 직접 탈수소화 반응, 부텐(butene)의 산화적 탈수소화(oxidative dehydrogenation) 반응을 통한 방법 등이 있다. Butadiene can be produced by extraction from C4 oil by naphtha cracking, direct dehydrogenation of butene, and oxidative dehydrogenation of butene.
이 중 부텐의 산화적 탈수소화 반응을 통해 부타디엔을 제조하는 방법은 반응물로 산소를 이용하여 부텐으로부터 2개의 수소를 제거하여 부타디엔을 생성하는 반응을 이용한 것으로, 생성물로 안정한 물이 생성되므로 열역학적으로 매우 유리하며, 직접 탈수소화 반응과 달리 발열 반응이기 때문에 직접 탈수소화 반응에 비하여 낮은 반응온도에서도 높은 수율의 부타디엔을 얻을 수 있다. 따라서, 부텐의 산화적 탈수소화 반응을 통한 부타디엔의 제조방법은 늘어나는 부타디엔 수요를 충족시킬 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있다.The method of preparing butadiene through the oxidative dehydrogenation reaction of butenes uses the reaction of removing two hydrogen from butene by using oxygen as a reactant to produce butadiene. Since the product is stable water, it is thermodynamically And it is an exothermic reaction unlike the direct dehydrogenation reaction, so that a higher yield of butadiene can be obtained even at a lower reaction temperature than the direct dehydrogenation reaction. Thus, the preparation of butadiene by the oxidative dehydrogenation of butene can be an effective way to meet the increasing demand for butadiene.
한편, 상기와 같은 부텐의 산화적 탈수소화 방법은, 산소로 인한 폭발 위험성을 줄이고, 반응열 제거를 위한 목적으로 원료 이외에 주로 질소, 수증기(steam) 등을 희석용 기체로 사용하고 있으며, 희석용 기체 및 가벼운 기체류(COx, O2 등), 탄화수소류 등이 포함된 반응생성물로부터 탄화수소류를 분리시 용매를 이용하여 반응생성물 내 탄화수소류를 흡수하는 방법과 반응생성물을 냉각하여 탄화수소류를 액화하는 방법 중에 주로 흡수방법이 이용되고 있는 실정이다. 이는 반응생성물을 액화하여 분리하는 방법이 반응생성물 내 존재하는 희석기체 및 가벼운 기체류 등으로 인해 액화시 극저온의 냉매가 필요하며 이는 장치비, 운전비 등을 증가시키는 요인으로 공정의 경제성을 확보하기가 어렵기 때문이다.Meanwhile, in the oxidative dehydrogenation process of butene, nitrogen, steam or the like is used as a diluting gas in addition to raw materials for the purpose of reducing the risk of explosion due to oxygen and eliminating reaction heat, A method of absorbing hydrocarbons in a reaction product by using a solvent to separate hydrocarbons from a reaction product containing a slight gas phase (COx, O 2, etc.), hydrocarbons, etc., and a method of liquefying hydrocarbons by cooling the reaction product The absorption method is mainly used in the method. This is because the method of liquefying and separating the reaction product requires a cryogenic refrigerant when liquefied due to a dilution gas present in the reaction product and a light gas stream or the like, which makes it difficult to secure the economical efficiency of the process due to an increase in equipment cost and operating cost .
이와 관련하여 도 1은 종래의 부타디엔 제조장치와 방법을 설명하기 위한 도면이다. In this regard, FIG. 1 is a view for explaining a conventional butadiene producing apparatus and method.
도 1을 참조하면, 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체로 질소를 포함하는 반응원료로부터 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 생성시키는 산화탈수소화 반응부(110); 산화탈수소화 반응으로부터 얻어진 산화탈수소화 반응생성물로부터 물을 분리하는 냉각분리부(120); 상기 물이 분리된 산화탈수소화 반응생성물에서 부타디엔 혹은 부타디엔을 포함한 C4 혼합물 및 탄화수소류를 분리하는 흡수분리부(130); 및 상기 흡수분리부(130)에서 분리된 부타디엔이 포함된 흐름(stream)에서 부타디엔을 분리하는 정제부(140);를 포함한다.1, an oxidative dehydrogenation reaction unit 110 for producing an oxidative dehydrogenation reaction product comprising butadiene, oxygen (O 2 ), steam, and butadiene from a reaction raw material containing nitrogen as a diluent gas; A cooling separation section 120 for separating water from the oxidative dehydrogenation reaction product obtained from the oxidative dehydrogenation reaction; An
상기 산화탈수소화 반응부(110)는 부텐, 산소(O2), 수증기(steam), 희석기체(N2) 및 상기 정제부에서 회수된 미반응 부텐류가 포함된 반응원료를 페라이트계 촉매 또는 비스무스 몰리브데이트계 촉매를 사용하여 등온 또는 단열 조건하에 구동되는 것일 수 있다. The oxidative dehydrogenation reaction unit 110 may be formed by reacting a reaction raw material containing butene, oxygen (O 2 ), steam, diluent gas (N 2 ), and unreacted butenes recovered in the purification unit, And may be driven under isothermal or adiabatic conditions using a bismuth molybdate-based catalyst.
상기 냉각분리부(120)는 급냉의 직접 냉각방식(quencher) 또는 간접 냉각방식으로 구동되는 것일 수 있다. The cooling separator 120 may be driven by a quencher or an indirect cooling system.
아래 도 1은 상기 흡수분리부(130)에서 부타디엔만을 선택적으로 흡수분리하는 예이나, 상기 흡수분리부(130)는 물이 제거된 반응생성물에서 부타디엔만을 선택적으로 흡수하거나 C4 혼합물을 포함한 탄화수소류 전체를 흡수할 수 있는 용매를 사용하는 흡수 방식으로 구동되는 것일 수 있다. 일례로 선택적 흡수용매로는 ACN(Acetonitrile), NMP(N-methylpyrrolidone), 또는 DMF(Dimethyl formamide) 등이 있으며 전체 흡수 용매로는 톨루엔, 자일렌 등이 사용될 수 있다. 상기 흡수분리부(130)에서 분리된 COx와 O2, 희석기체로 사용되는 N2 등은 전체 소각처리되거나 일부는 반응부로 회수하여 재사용되고 일부는 소각처리 된다.FIG. 1 illustrates an example of selectively separating butadiene only from the
상기 정제부(140)는 일례로 통상의 부타디엔 정제 장치로 ACN(Acetonitrile)공정, 상NMP(N-methylpyrrolidone)공정, 또는 DMF(Dimethyl formamide)공정 등이며 필요에 따라 상기 공정의 일부가 변형된 형태로 구동되어 부타디엔을 정제할 수 있다.The purification unit 140 may be an ACN (acetonitrile) process, a NMP (N-methylpyrrolidone) process, or a DMF (dimethyl formamide) process as a conventional butadiene refining apparatus. So that the butadiene can be purified.
그러나, 일반적으로 흡수분리공정(130)은 대부분 과량의 용매가 사용되며 이를 회수하는 과정과 정제부(140)에서 부타디엔을 회수 및 정제하는 과정에서 많은 양의 에너지가 사용된다. 또한 흡수분리공정을 응축분리공정으로 대체하더라도 극저온의 냉매가 요구되어 에너지, 원료비, 생산비 등 공정의 경제성을 확보할 수 없기에 이를 개선할 수 있는 제조방법 및 제조장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.In general, however, a large amount of energy is used in the process of recovering most of the solvent and the recovery and purification of butadiene in the purification unit 140. Also, even if the absorption separation process is replaced with a condensation separation process, it is necessary to develop a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of improving the economical efficiency of the process such as energy, raw material cost and production cost because a cryogenic refrigerant is required.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 부텐의 산화탈수소화 반응을 통한 부타디엔 제조시 희석기체로 질소 대신 부탄을 사용하여, 종래 질소 사용시 반응생성물로부터 부타디엔을 분리할 때 사용하던 흡수방법을 대신해 저온 냉매 혹은 냉각수를 사용하여 부타디엔을 액화하여 분리하는 응축분리방법을 채택하며, 응축분리를 통해 얻은 탄화수소류로부터 고비점 물질을 선 제거하여 고순도의 부타디엔을 수득할 수 있는 부타디엔 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention relates to an absorption method used for separating butadiene from reaction products during the use of conventional nitrogen using butane instead of nitrogen as a diluent gas in the production of butadiene through oxidative dehydrogenation of butene The present invention provides a method for producing butadiene by which a high-purity butadiene can be obtained by removing a high boiling point substance from hydrocarbons obtained through condensation separation by employing a condensation separation method in which butadiene is liquefied and separated by using a low temperature refrigerant or cooling water .
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.These and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,
부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체를 포함하는 반응원료를 산화탈수소화 반응부로 통과시켜 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻는 단계와, A process for producing an oxidative dehydrogenation reaction product comprising butadiene, oxygen (O 2 ), steam, and diluent gas by passing the reaction raw material through an oxidative dehydrogenation reaction unit,
상기 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 냉각분리부로 통과시키면서 물을 분리하는 단계와, Separating the water while passing the oxidative dehydrogenation reaction product containing the butadiene through the cooling separator,
상기 물이 분리된 산화탈수소화 반응생성물을 응축분리부로 통과시키면서 탄화수소류는 응축하고 COx와 O2는 분리하는 단계와, Passing the oxidized dehydrogenation reaction product separated from the water to the condensation separation unit, condensing the hydrocarbons and separating COx and O 2 ,
상기 응축분리부에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류를 탈기부로 통과시키면서 COx와 O2를 추가 분리하는 단계와,Further separating COx and O 2 while passing condensed n-butane, butene and butadiene-containing hydrocarbons through the deaeration section in the condensation separation section,
상기 탈기부에서 추가로 COx와 O2가 분리되고 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔을 포함하는 조질 탄화수소를 고비점 제거부를 통과시키면서 고비점 물질을 분리하는 단계와;Separating the high boiling point material while passing through the high boiling point remover, the crude hydrocarbons including n-butane, butene and butadiene, from which COx and O 2 are further separated and condensed;
상기 고비점 물질이 제거된 조질(Crude) 탄화수소를 정제부로 통과시키면서 부타디엔을 분리하는 단계를 포함하고, Separating the butadiene while passing the crude hydrocarbon from which the high boiling point material has been removed to the refining unit,
상기 정제부에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄과 부텐이 포함된 기체가 상기 산화탈수소화 반응부로 재투입되되, 상기 희석기체는 부탄인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법을 제공한다. Wherein the n-butane-butene-containing gas except for the butadiene separated from the purification unit is re-introduced into the oxidative dehydrogenation reaction unit, and the diluent gas is butane.
또한 본 발명은 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체를 포함하는 반응원료를 산화탈수소화 반응시켜 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻는 산화탈수소화 반응부;The present invention also provides an oxidative dehydrogenation reaction unit for obtaining an oxidative dehydrogenation reaction product comprising butadiene by oxidative dehydrogenation reaction of a reaction raw material containing butene, oxygen (O 2 ), steam, and diluent gas;
상기 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 물을 분리하는 냉각분리부; A cooling separator for separating water from the oxidative dehydrogenation reaction product comprising the butadiene;
상기 물이 분리된 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 탄화수소류는 응축하고 COx와 O2는 분리하는 응축분리부; A condensation separator for condensing the hydrocarbons in the oxidative dehydrogenation reaction product containing the butadiene from which the water is separated, and separating COx and O 2 ;
상기 응축분리부에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류에서 COx와 O2를 추가 분리하는 탈기부;A deaerator for further separating CO x and O 2 from hydrocarbons containing n-butane, butene and butadiene condensed in the condensation separator;
상기 추가로 COx와 O2가 분리되고 응축된 n-부탄과 부타디엔을 포함하는 조질 탄화수소에서 고비점 물질을 분리하는 고비점 제거부; 및Rejection of high boiling point by the COx and O 2 separated by the additional and separate the high boiling point material in the crude hydrocarbon containing condensed n- butane and butadiene claim; And
상기 고비점 물질이 제거된 조질 탄화수소에서 부타디엔을 분리하는 정제부;를 포함하고, And a purifier for separating butadiene from the crude hydrocarbon from which the high boiling point material has been removed,
상기 정제부에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄과 부텐이 포함된 기체가 상기 산화탈수소화 반응부로 재투입되되, 상기 희석기체는 부탄인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조장치를 제공한다. Wherein the n-butane and butene-containing gas excluding the butadiene separated from the purification unit is re-introduced into the oxidative dehydrogenation reaction unit, and the diluent gas is butane.
본 발명에 따르면 희석기체로 질소 대신 부탄을 사용하여, 종래 질소 사용시 흡수분리공정에서 필요로 하던 극저온의 냉매 대신 저온 냉매를 사용하여 응축분리방법을 통해 부타디엔을 제외한 C4 혼합물 및 가스 생성물을 용이하게 분리할 수 있고, 응축을 통해 얻은 탄화수소류를 정제 전에 고비점 물질을 선 제거하여 정제부의 공정부하를 줄이면서 고순도의 부타디엔을 수득할 수 있게 되어, 에너지 및 원료비 절감, 생산성의 향상 등 공정의 경제성을 확보할 수 있는 부타디엔의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, instead of nitrogen as a diluent gas, butane is used to separate a C4 mixture and a gaseous product except for butadiene through a condensation separation method using a low-temperature refrigerant instead of the cryogenic refrigerant required in the conventional separation process The high boiling point material can be removed before the purification of the hydrocarbons obtained through condensation to obtain the high-purity butadiene while reducing the process load of the purification part. Thus, the economical efficiency of the process such as reduction of energy and raw material cost, And to provide a method for producing butadiene which can be obtained and an apparatus for producing the same.
도 1은 종래의 부타디엔 제조장치와 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 부타디엔 제조장치와 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a conventional butadiene production apparatus and a production method thereof.
FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining a butadiene production apparatus and a production method according to the present invention.
이하 본 발명의 부타디엔 제조방법과 제조장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the butadiene production method and the production apparatus of the present invention will be described in detail.
본 발명의 부타디엔 제조방법과 제조장치는 부탄을 희석기체로 활하는 응축분리공정을 도입하였으며 응축분리공정을 통해 얻은 탄화수소류로부터 고비점 물질을 선 제거하는 고비점 제거부를 도입하였고, 정제부에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄 및 부텐이 포함된 기체가 산화탈수소화 반응부로 투입하는 재순환흐름을 적용한 것이 일 특징이다. 이와 같이 응축분리공정이 도입되면 기존 흡수분리공정에서 극저온의 냉매를 사용하여 수행하던 흡수분리 공정을 배제하여도 탄화수소류를 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 용이하게 분리하여 공정 부하 및 에너지 소모를 감소시킬 수 있고 응축분리공정 후 고비점 물질 제거공정을 도입함으로써 정제부의 공정부하를 줄이고 고순도의 부타디엔을 얻을 수 있다. 또한 재순환흐름의 적용은 대기 중으로 방출되는 미처리 가스의 양을 현저히 감소시킬 수 있다.The butadiene production method and apparatus of the present invention introduces a condensation separation process in which butane is used as a diluting gas, introduces a high boiling point removal unit for removing high boiling point substances from hydrocarbons obtained through a condensation separation process, And a gas containing n-butane and butene except for the butadiene is fed into the oxidation dehydrogenation reaction section. When the condensation separation process is introduced, even if the absorption and separation process performed using the cryogenic refrigerant in the existing absorption separation process is excluded, the oxidation dehydrogenation reaction products including hydrocarbons can be easily separated to reduce the process load and energy consumption By introducing a high boiling point material removal process after the condensation separation process, the process load of the purification section can be reduced and high purity butadiene can be obtained. Also, the application of the recycle stream can significantly reduce the amount of untreated gas that is released into the atmosphere.
아래에서 도면을 이용하여 본 발명의 부타디엔 제조방법 및 제조장치에 관하여 보다 상세히 설명한다. 하기 도 2 및 3은 본 발명에 따른 부타디엔 제조장치와 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. Hereinafter, the method and apparatus for producing butadiene of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 2 and 3 are diagrams for explaining the apparatus and method for producing butadiene according to the present invention.
도 2를 참조하면, 먼저 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체(부탄)를 포함하는 반응원료를 산화탈수소화 반응부(310)로 통과시켜 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻고, 상기 산화탈수소화 반응 공정에서 배출된 흐름(B1)은 냉각분리부(320)로 유입되어 물이 분리된다. 이때, 상기 반응원료는 정제공정에서 정제처리된 후 발생된 배출흐름(B7) 및 또 다른 배출흐름(B8)과 합류하여 산화탈수소화 반응부(310)로 유입된다. 상기 산화탈수소화 반응 공정에서 배출된 흐름(B1)에는 부타디엔, n-부탄, 부텐, O2, COx, H2O 등이 포함될 수 있고 상기 냉각분리 후 발생된 배출흐름(B2)에는 부타디엔, n-부탄, 부텐, O2, COx 등이 포함될 수 있다. 2, first, a reaction raw material containing butene, oxygen (O 2 ), steam, and diluent gas (butane) is passed through an oxidative
상기 냉각분리 후 발생된 배출흐름(B2)은 응축분리부(330)을 통과시키면서 탄화수소류를 응축하고, 상기 응축분리 후 발생된 배출흐름(B4')은 탈기부(350)로 유입되며, 상기 배출흐름(B4')에는 응축분리부(330)에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류가 포함될 수 있다. 상기 응축분리 후 발생된 또 다른 배출흐름(B3)에는 응축분리 공정에서 냉각수 등을 사용하여 탄화수소류를 압축/냉각을 통해 응축시킨 다음 응축되지 않은 탄화수소류, COx 및 O2 등이 포함될 수 있다.The exhaust stream B2 generated after the cooling and separating condenses the hydrocarbons while passing through the condensation separator 330 and the exhaust stream B4 'generated after the condensation separation is introduced into the
상기 응축분리 후 발생된 배출흐름(B4')은 탈기부(350)로 유입되어 COx, O2가 추가로 분리되고, 상기 탈기 후 발생된 배출흐름(B4”)에는 추가로 분리된 COx와 O2를 제외한 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류가 포함될 수 있고, 상기 배출흐름(B4”)은 고비점 제거부(360)로 유입되어, 고비점 물질이 제거될 수 있다. 상기 탈기 후 발생된 또 다른 배출흐름(B5)에는 분리된 COx와 O2이 포함될 수 있고, 이후 소각처리될 수 있다.A discharge flow (B4 ') occurs after said separating condensate are the flows into the
상기 고비점 제거 후 발생된 배출흐름(B4"')에는 고비점 물질이 제거된 조질(Crude) 탄화수소가 포함될 수 있고, 정제부(340)로 투입되어 부타디엔을 보다 효과적으로 정제할 수 있다. The discharged stream B4 '' generated after the removal of the high boiling point may contain crude hydrocarbon from which a high boiling point material has been removed and may be introduced into the
상기 정제 후 발생된 배출흐름(B7)에는 잔류한 n-부탄이 풍부하게 포함될 수 있고, 상기 산화탈수소화 반응부(310)로 투입하는 재순환 흐름을 형성하고, 상기 정제 후 발생된 또 다른 배출흐름(B8)에는 잔류한 부텐이 포함될 수 있고, 프레쉬 부텐과 혼합되어 상기 산화탈수소화 반응부(310)로 투입하는 재순환 흐름을 형성하게 된다.The exhaust stream (B7) generated after the purification may contain abundant n-butane residue to form a recirculation flow into the oxidation dehydrogenation reaction unit (310), and another exhaust stream (B8) may contain residual butenes and mix with fresh butenes to form a recycle stream to be fed into the oxidative dehydrogenation reactor (310).
상기 응축분리부에서 분리된 COx와 O2를 소각시켜 발생된 열, 혹은 상기 탈기부에서 분리된 COx와 O2를 소각시켜 발생된 열이 원료 히트 업(heat up), 혹은 정제부에서 재활용되도록 상기 응축분리부와 상기 산화탈수소화 반응부 사이, 또는 상기 응축분리부와 상기 탈기부 사이, 또는 상기 응축분리부와 상기 산화탈수소화 반응부와 상기 탈기부 사이에 열교환 수단이 구비될 수 있다. The heat generated by incineration of COx and O 2 separated from the condensation separation unit or the heat generated by incineration of COx and O 2 separated from the deaeration unit may be heated up or recycled in the purification unit A heat exchange unit may be provided between the condensation separation unit and the oxidative dehydrogenation reaction unit or between the condensation separation unit and the deaeration unit or between the condensation separation unit and the oxidation dehydrogenation reaction unit and the deaeration unit.
상기 용어 “조질(curde) 탄화수소”는 이 기술분야에서 통상적으로 사용하는 조질(crude) 탄화수소를 의미하며, 달리 특정하지 않는 한 산화탈수소화 반응생성물로부터 수득되는 부타디엔 등을 포함하는 탄화수소류로서 정제부의 원료를 지칭한다.The term " curd hydrocarbon " refers to crude hydrocarbons commonly used in this technical field. Unless otherwise specified, hydrocarbons including butadiene and the like obtained from the oxidative dehydrogenation reaction product, Refers to raw materials.
상기 용어 “COx”는 달리 측정하지 않는 한 CO, CO2을 지칭한다.The term " COx " refers to CO, CO 2 unless otherwise determined.
상기 부텐은 1-부텐, 2-부텐 또는 이들의 혼합일 수 있다. 상기 부텐을 포함하는 원료가스는 일반적으로 부타디엔의 제조에 사용될 수 있는 부텐을 포함하는 원료가스인 경우 특별히 제한되지 않는다. The butene may be 1-butene, 2-butene or a mixture thereof. The raw material gas containing butene is not particularly limited in the case of raw material gas containing butene which can be generally used for the production of butadiene.
일례로 상기 부텐은 고순도의 부텐 가스, 나프타 분해로 부생하는 C4 유분 중 라피네이트(raffinate)-2, 라피네이트(raffinate)-3 등과 같이 부텐류가 포함된 탄화수소 혼합물에서 얻어질 수 있다.For example, the butene can be obtained from a hydrocarbon mixture containing butenes, such as butene gas of high purity, raffinate-2, raffinate-3, and the like among the C4 oils produced by naphtha cracking.
상기 수증기(steam)은 산화탈수소화 반응에 있어서, 반응물의 폭발 위험을 줄이는 동시에, 촉매의 코킹(coking) 방지 및 반응열 제거 등의 목적으로 투입되는 기체이다.The steam is a gas which is injected for the purpose of preventing the coking of the catalyst and eliminating the reaction heat while reducing the risk of explosion of the reactant in the oxidative dehydrogenation reaction.
한편, 상기 산소(O2)는 산화제로서 부텐과 반응하여 탈수소반응을 일으킨다.On the other hand, the oxygen (O 2 ) reacts with butene as an oxidizing agent to cause a dehydrogenation reaction.
상기 반응기 내에 충진된 촉매는 부텐을 산화탈수소화 반응시켜 부타디엔을 제조할 수 있게 하는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 페라이트계 촉매 또는 비스무스 몰리브데이트계 촉매일 수 있다.The catalyst packed in the reactor is not particularly limited as long as it can produce butadiene by oxidative dehydrogenation reaction of butene, and may be, for example, a ferrite catalyst or a bismuth molybdate catalyst.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 촉매는 페라이트계 촉매일 수 있으며, 그 중에서도 아연 페라이트, 마그네슘 페라이트, 망간 페라이트를 사용하는 것이 부타디엔의 선택도를 높일 수 있다. 상기 반응 촉매의 종류와 양은 반응의 구체적인 조건에 따라 달라질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may be a ferrite-based catalyst. Among them, use of zinc ferrite, magnesium ferrite, and manganese ferrite may enhance the selectivity of butadiene. The type and amount of the reaction catalyst may vary depending on the specific conditions of the reaction.
상기 희석기체는 부탄일 수 있다. The diluent gas may be butane.
상기 산화탈수소화 반응부(310)는 일례로, 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 상기 정제부(340)에서 부타디엔이 분리된 잔류물로서 상기 산화탈수소화 반응부로 재투입되는 n-부탄 및 부텐이 포함된 기체를 반응원료로 하여 페라이트계 촉매를 사용하여 등온 또는 단열 조건 하에 구동되는 것일 수 있다. The oxidative
일례로 상기 반응원료에 포함되는 산소(O2)는 순도 90% 이상, 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상의 가스 형태로 투입될 수 있다. For example, the oxygen (O 2 ) contained in the reaction raw material may be introduced in a gaseous form having a purity of 90% or more, 95% or more, and preferably 98% or more.
상기 순도 90% 이상의 가스 형태는 산소(O2)가 공기로부터 투입되지 않고, 산소 순수가스 형태로 투입되는 것을 의미할 수 있으며, 이를 통해, 반응원료에 포함된 유효성분 등의 양을 실시간으로 측정하여 반응기에 투입되는 반응원료 내 포함되는 성분의 양을 개별적으로 조절할 수 있다. The gas form having a purity of 90% or more may mean that oxygen (O 2 ) is not introduced from the air but is introduced in the form of pure oxygen gas. Thus, the amount of the active ingredient, So that the amount of the components contained in the reaction raw material fed into the reactor can be individually controlled.
일례로 상기 산화탈수소화 반응부(210) 내 반응조건은 부텐 : 산소 : 수증기 : 희석기체(n-부탄) = 1 : 0.5~3 : 0.1~20 : 0.1~20의 몰비일 수 있고, 이 범위 내에서 에너지 및 원료비 절감, 생산성의 향상 등 공정의 우수한 경제성을 달성할 수 있다.For example, the reaction conditions in the oxidative dehydrogenation reaction unit 210 may be a molar ratio of butene: oxygen: water vapor: diluent gas (n-butane) = 1: 0.5-3: 0.1-20: 0.1-20, It is possible to achieve economical efficiency of processes such as reduction of energy and raw material costs and improvement of productivity.
구체적인 예로, 산화탈수소화 반응부(310)는 산소:부텐의 몰비 0.5~3 : 1, 수증기:부텐의 몰비 0.1~20 : 1, 상기 n-부탄이 포함된 기체:부텐의 몰비 0.1~20 : 1, 반응압력 상압~10atm, 반응온도 150~650℃의 등온 또는 단열 조건하에 구동되는 것이 바람직하고, 이 범위 내에서 에너지 및 원료비 절감, 생산성의 향상 등 공정의 우수한 경제성을 달성할 수 있다.As a specific example, the oxidative
상기 냉각분리부(320)는 일례로 급냉의 직접 냉각방식(quencher) 또는 간접 냉각방식으로 구동될 수 있고, 이때 급냉 온도는 0 ~ 100 ℃일 수 있다. The
상기 응축분리부(330)는 일례로, 1단의 단일압축 구조, 2단 내지 10단의 다단압축 구조, 혹은 1단 내지 2단의 다단압축 구조를 가질 수 있다. 상기의 다단 압축을 하는 이유는 처음 압력에서 목표 압력까지 한 번에 압축 시, 많은 동력이 소요될 뿐만 아니라 기체 압축에 의한 열이 발생되고, 이로 인하여 기체가 팽창하게 되어 압축 효율이 떨어지게 되므로, 이러한 문제를 방지하기 위해 다단 압축을 실시하게 되며, 상기 압축 과정에서 발생된 열은 냉각기를 이용하여 식힐 수 있다. For example, the condensation separator 330 may have a single-stage single compression structure, a multi-stage compression structure of two to ten stages, or a multi-stage compression structure of one or two stages. The reason for performing the above-described multi-step compression is that, when compressed from the initial pressure to the target pressure at one time, not only a lot of power is required but also heat due to gas compression is generated and the gas expands and the compression efficiency is lowered. So that the heat generated in the compression process can be cooled using a cooler.
상기 응축분리부(330) 내 응축조건은 미반응 산소를 고려하여 해당 흐름이 폭발범위를 벗어나는 범위(폭발상한 이상 또는 한계산소농도 이하)를 가지도록 결정될 수 있다.The condensation condition in the condensation separator 330 may be determined so as to have a range in which the flow exceeds the explosion range (above the explosion upper limit or below the critical oxygen concentration) in consideration of unreacted oxygen.
본 발명의 일실시예에서, 상기 응축분리부(330) 내 사용되는 냉매는 냉각수, 에틸렌글리콜, 농도 20~100 중량%의 에틸렌글리콜 수용액, 프로필렌글리콜, 농도 30~100 중량%의 프로필렌글리콜 수용액 및 프로필렌계 용매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the refrigerant used in the condensing and separating unit 330 may be any one selected from the group consisting of cooling water, ethylene glycol, an ethylene glycol aqueous solution having a concentration of 20 to 100% by weight, propylene glycol, a propylene glycol aqueous solution having a concentration of 30 to 100% Propylene-based solvents, and propylene-based solvents.
상기 프로필렌계 용매는 일례로 프로필렌 또는 프로필렌을 포함하는 화합물로, -10℃ 이하, 또는 -10 내지 -50℃의 비점을 가지는 물질일 수 있다. The propylene-based solvent is, for example, a compound containing propylene or propylene, and may be a substance having a boiling point of -10 ° C or less or -10 to -50 ° C.
종래에는 희석기체로 질소를 사용하여, 일반적인 증류법으로 가스 생성물을 분리하고자 하는 경우 극저온의 냉매 사용이 요구되었으나, 본 발명에서는 부탄을 희석기체로 투입함으로써, 보다 낮은 등급의 냉매가 사용 가능하게 되었다.Conventionally, when nitrogen is used as a diluent gas and a gas product is separated by a general distillation method, it is required to use a refrigerant at a very low temperature. In the present invention, a lower grade refrigerant can be used by introducing butane into a diluent gas.
구체적인 예로 냉매는 냉각수, 0 내지 40℃의 냉각수, 또는 5 내지 30℃의 냉각수일 수 있으며, 이 경우 상기 압출 토출 온도가 250 ℃ 이하, 혹은 50 내지 250℃일 수 있고, 압축 토출 흐름의 냉각 온도가 120℃ 이하, 혹은 20 내지 80 ℃일 수 있다.As a specific example, the refrigerant may be cooling water, cooling water at 0 to 40 ° C, or cooling water at 5 to 30 ° C. In this case, the extrusion discharge temperature may be 250 ° C or less, or 50 to 250 ° C, May be 120 占 폚 or lower, or 20 to 80 占 폚.
상기 응축분리부(330)에서 분리된 COx와 O2는 소각시킬 경우 소각에 의해 발생된 열이 상기 산화탈수소화 반응부(310)에서 재활용될 수 있다. When COx and O 2 separated from the condensation separator 330 are incinerated, heat generated by incineration can be recycled in the
상기 탈기부(350)는 일례로 통상적인 컬럼을 이용한 스트리핑, 혹은 탈기로 구동될 수 있다. The
상기 탈기부(350)에서 추가로 분리된 COx와 O2는 소각시킬 경우 소각에 의해 발생된 열이 상기 산화탈수소화 반응부(310)에서 재활용될 수 있다. The COx and O 2 that are further separated from the
상기 고비점 제거부(360)는 일례로 증류방식으로 구동될 수 있다.The high
상기 COx와 O2가 추가로 분리된 응축된 n-부탄과 부타디엔이 포함된 탄화수소류에서 고비점 물질을 정제하기 전에 먼저 제거함으로써 고순도의 부타디엔을 얻을 수 있다.By first removed prior to the COx and O 2 is the purified high-boiling substances in the added hydrocarbons include n- butane and the condensed butadiene separated as it is possible to obtain a highly pure butadiene.
상기 고비점 물질은 일례로 벤젠, 스타이렌, 페놀 등의 방향족 탄화수소류, 부타디엔 다이머, 아세토피논, 벤조피논 또는 안스레퀴논일 수 있다.The high-boiling substance may be, for example, aromatic hydrocarbons such as benzene, styrene and phenol, butadiene dimer, acetopyrone, benzophenone or anthrequinone.
상기 정제부(340)는 부타디엔을 정제하는 통상의 장치를 적용할 수 있으며, 필요에 따라서는 분리된 부타디엔을 응용할 수 있는 공정, 일례로 ACN(Acetonitrile)공정, NMP(N-methylpyrrolidone)공정, 또는 DMF(Dimethyl formamide)공정으로 구성될 수 있다. The
상기 정제부(340)에서 부타디엔은 용매 및 저비점 성분들이 제거됨으로써, 고순도의 부타디엔으로 회수될 수 있다.In the
본 발명의 일 실시예에서, 상기 일련의 단계를 통하여 최종적으로 얻을 수 있는 부타디엔의 순도는 95.0 ~ 99.9%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the purity of finally obtained butadiene through the series of steps may be 95.0 to 99.9%.
도 3은 상기 도 2에서 탈기 후 발생된 배출흐름(B5)을 응축시스템으로 투입하는 배출흐름(B6)으로 대체한 것으로, 탈기부(450)에서 분리된 COx와 O2를 응축시스템으로 투입하여 응축분리부(430)로 순환시켜 기체 분리효율을 개선할 수 있다.FIG. 3 is a view in which CO 2 and O 2 separated from the
상기 응축시스템은 달리 특정하지 않는 한, 압축기(431), 열교환기(432) 및 응축분리부(430)를 포함하는 시스템을 일컫는다.Unless otherwise specified, the condensing system refers to a system including a
도 3을 참조하면, 먼저 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체(부탄)를 포함하는 반응원료를 산화탈수소화 반응부(410)로 통과시켜 부타디엔을 포함하는 산화탈소화 반응생성물을 얻고, 상기 산화탈수소화 반응 공정에서 배출된 흐름(B1)을 따라서 냉각분리부(420)로 유입되어 물이 분리된다. 이때, 상기 반응원료는 정제공정에서 정제처리된 후 발생된 배출흐름(B7) 및 또 다른 배출흐름(B8)과 합류하여 산화탈수소화 반응부(410)로 유입된다. 상기 산화탈수소화 공정에서 배출된 배출흐름(B1)에는 부타디엔, n-부탄, 부텐, O2, COx, H2O 등이 포함될 수 있고, 상기 냉각분리 후 발생된 배출흐름(B2)에는 부타디엔, n-부탄, 부텐, O2, COx 등이 포함될 수 있다. 3, first, a reaction raw material containing butene, oxygen (O 2 ), steam, and a diluent gas (butane) is passed through an oxidative dehydrogenation reaction unit 410 to produce an oxidative deoxidation reaction including butadiene And the product flows into the cooling separator 420 along the flow B1 discharged in the oxidative dehydrogenation process, and the water is separated. At this time, the reaction raw material joins with the discharge flow B7 generated after the purification treatment in the purification process and another discharge flow B8, and flows into the oxidation dehydrogenation reaction unit 410. The discharge flow B1 discharged from the oxidative dehydrogenation process may include butadiene, n-butane, butene, O 2 , COx, H 2 O and the like. n-butane, butene, O 2 , COx, and the like.
상기 배출흐름(B2)을 응축분리부(430)로 통과시키면서 탄화수소류를 응축하고, 상기 응축분리 후 발생된 배출흐름(B4')은 탈기부(450)로 유입되며, 상기 배출흐름(B4')에는 응축분리부(430)에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류가 포함될 수 있다. 상기 응축분리 후 발생된 또 다른 배출흐름(B3)에는 응축분리 공정에서 냉각수 등을 사용하여 탄화수소류를 압축/냉각을 통해 응축시킨 다음 응축되지 않은 탄화수소류, COx 및 O2 등이 포함될 수 있다.The exhaust stream B4 'generated after the condensation and separation is introduced into the
상기 응축분리 후 발생된 배출흐름(B4')은 탈기부(450)로 유입되어 추가로 COx, O2가 분리되고, 상기 탈기 후 발생된 배출흐름(B4”)에는 추가로 분리된 COx와 O2를 제외한 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 조질 탄화수소가 포함될 수 있고, 상기 배출흐름(B4”)은 고비점 제거부(460)로 유입되어, 고비점 물질이 제거될 수 있다. 상기 탈기 후 발생된 또 다른 배출흐름(B6)에는 추가 분리된 COx와 O2이 포함될 수 있고, 응축시스템으로 투입되어 상기 응축분리부(430)로 순환시켜 기체 분리효율을 개선할 수 있다.The post-condensation separate discharge flow occurs (B4 ') is added COx, O 2 is separated flows into the
상기 고비점 제거 후 발생된 배출흐름(B4'")에는 고비점 물질이 제거된 조질(Crude) 탄화수소가 포함될 수 있고, 상기 배출흐름(B4'")은 정제부(440)로 투입되어 부타디엔을 보다 효과적으로 정제할 수 있다. The discharge stream B4 '' 'generated after removing the high boiling point may contain crude hydrocarbon from which a high boiling point material is removed, and the discharge stream B4' '' may be introduced into the
상기 정제 후 발생된 배출흐름(B7)에는 잔류한 n-부탄이 풍부하게 포함될 수 있고, 산화탈수소화 반응부(410)로 투입하는 재순환 흐름을 형성하며, 상기 정제 후 발생된 또 다른 배출흐름(B8)에는 잔류한 부텐이 포함될 수 있고, 프레쉬 부텐과 혼합되어 산화탈수소화 반응부(410)로 투입하는 재순환 흐름을 형성하게 된다.The effluent stream B7 generated after the purification may contain abundant n-butane residue and form a recirculation flow to be fed into the oxidative dehydrogenation reaction unit 410, and another effluent stream generated after the purification B8 may contain residual butenes and mix with fresh butene to form a recycle stream to be fed into the oxidative dehydrogenation reaction unit 410. [
상기 제조방법에 사용된 제조장치의 일례로서 하기 도 2를 참조하면, 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체(부탄)를 포함하는 반응원료를 산화탈수소화 반응시켜 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻는 산화탈수소화 반응부(310); 상기 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 물을 분리하는 냉각분리부(320); 상기 물이 분리된 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 탄화수소류는 응축하고 COx와 O2는 분리하는 응축분리부(330); 상기 응축분리부(330)에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류를 포함한 배출흐름(B4')으로부터 COx와 O2를 추가 분리하는 탈기부(350); 상기 탈기부(350)에서 추가로 분리된 COx와 O2를 제외한 응축된 탄화수소류를 포함한 배출흐름(B4”)으로부터 고비점 물질을 제거하는 고비점 제거부(360); 상기 고비점 물질이 제거된 조질 탄화수소가 포함된 배출흐름(B4'")를 정제부(340);로 투입되도록 구성된다.Referring to FIG. 2, an example of a production apparatus used in the above production method is an apparatus for oxidative dehydrogenation of a reaction raw material containing butene, oxygen (O 2 ), steam and diluent gas (butane) An oxidation
상기 정제부(340)에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄이 포함된 기체가 상기 산화탈수소화 반응부(310)로 재투입되는 배출흐름(B7)을 갖고, 상기 정제부(340)에서 분리된 부타디엔을 제외한 부텐이 포함된 기체가 프레쉬 부텐과 합류하여 상기 산화탈수소화 반응부(310)로 재투입되는 배출흐름(B8)을 갖도록 구성된다. The n-butane-containing gas other than the butadiene separated from the
상기 응축분리기(330)의 또 다른 배출흐름(B3), 혹은 상기 탈기부의 또 다른 배출흐름(B5)은 소각처리될 수 있다. Another discharge stream B3 of the condenser / separator 330, or another discharge stream B5 of the deaerator may be incinerated.
또 다른 제조장치의 예로서 하기 도 3를 참조하면, 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 희석기체(부탄)를 포함하는 반응원료를 산화탈수소화 반응시켜 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻는 산화탈수소화 반응부(310); 상기 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 물을 분리하는 냉각분리부(420); 상기 물이 분리된 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 탄화수소류는 응축하고 COx와 O2는 분리하는 응축분리부(430); 상기 응축분리부(430)에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류를 포함한 배출흐름(B4')으로부터 COx와 O2를 추가 분리하는 탈기부(450); 상기 탈기부(450)에서 추가로 분리된 COx와 O2를 제외한, 응축된 조질 탄화수소를 포함한 배출흐름(B4”)으로부터 고비점 물질을 제거하는 고비점 제거부(460); 상기 고비점 물질이 제거된 조질 탄화수소가 포함된 배출흐름(B4'")를 정제부(440);로 투입되도록 구성된다.In reference to FIG. 3 as an example of another manufacturing apparatus, butene, oxygen (O 2), water vapor (steam) and a dilution gas (butane) oxidative dehydrogenation, which was a reaction raw material digestion reaction dehydroxylation containing butadiene the An oxidative
상기 정제부(440)에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄이 포함된 기체가 상기 산화탈수소화 반응부(410)로 재투입되는 배출흐름(B7)을 갖고, 상기 정제부(440)에서 분리된 부타디엔을 제외한 부텐이 포함된 기체가 프레쉬 부텐과 합류하여 상기 산화탈수소화 반응부(410)로 재투입되는 배출흐름(B8)을 갖도록 구성된다. The n-butane-containing gas excluding the butadiene separated from the
상기 탈기부(450)에서 추가 분리된 COx와 O2가 포함된 배출흐름(B6)이 상기 응축분리부(430)로 순환되도록 구성된다. Added containing the COx and O 2 separate discharge flow (B6) in the
상기 응축분리기(430)에서 분리된 COx와 O2가 포함된 배출흐름(B3)은 소각처리될 수 있다. The condensate separator 430, a discharge flow (B3) contains a separate COx and O 2 in can be incinerated.
상기 응축분리부(330, 430)에서 분리된 COx와 O2를 소각시켜 발생된 열, 혹은 상기 탈기부(350)에서 분리된 COx와 O2를 소각시켜 발생된 열이 원료 히트업(heat up), 혹은 정제부(340, 440)에서 재활용되도록 상기 응축분리부(330, 430)와 상기 산화탈수소화 반응부(310, 410) 사이, 또는 상기 응축분리부(330, 430)와 상기 탈기부(350, 450) 사이, 또는 상기 응축분리부(330, 430)와 상기 산화탈수소화 반응부(310, 410)와 상기 탈기부(350, 450) 사이에 열교환 수단이 구비될 수 있다. The condensate separation unit (330, 430) of COx and by the heat generated incinerate O 2, or the heat generated by burning the COx and O 2 separated by the
지금까지 설명한 본 발명의 부타디엔 제조방법 및 이에 사용되는 제조장치를 이용하면 통상적인 부타디엔 제조공정에서 희석기체로서 질소를 사용하는 제조방법의 단점을 보완하고 처리효과를 높일 수 있으며, 처리공정 에너지 소비를 최소화하여 에너지 효율을 극대화할 수 있다. 또한 본 발명의 부타디엔 제조방법은 다양한 용도의 물질(전술한 ACN, NMP, DMF 등) 정제/제조에 직접 사용이 가능하므로, 다양한 공정에 응용이 가능하다.By using the butadiene production method of the present invention and the production apparatus used therein, it is possible to complement the disadvantages of the production method using nitrogen as a diluting gas in a conventional butadiene production process and to increase the treatment effect, Thereby maximizing the energy efficiency. Also, since the butadiene production method of the present invention can be directly used for the purification / manufacture of various materials (ACN, NMP, DMF, etc.) described above, it can be applied to various processes.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Such variations and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.
[[ 실시예Example ]]
실시예Example 1 One
하기 도 2의 제조장치를 이용하여 희석기체로 부탄을 사용하고 아래 표 1의 조성을 갖는 라피네이트-3을 원료로 사용하여 페라이트계 촉매 하에 부텐:산소=1:0.9, 부텐:수증기=1:5, 부텐:부탄=1:4의 몰비를 갖는 반응원료를 산화탈수소 반응을 통해 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻었고, 이를 냉각분리부에서 물을 제거한 뒤 응축분리부에서 압축 토출온도 80℃로 하여 2단 압축기로 가압하고 냉각수를 이용해 탄화수소류를 40℃로 응축하였다. 상기 응축된 탄화수소류를 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 탈기부에서 COx, O2와 같은 가벼운 기체류를 제거한 뒤 고비점 제거부에서 응축된 조질 탄화수소 내의 고비점 물질을 제거한 후, 정제공정에서 용매로 DMF를 사용하여, 회수율 91.5%, 최종순도 99.5 중량%의 부타디엔을 수득하였다.Oxygen was 1: 0.9, butene: water vapor = 1: 5, using raffinate-3 having the composition shown in Table 1 below as a raw material, using butane as a diluent gas, , Butene: butane = 1: 4 was obtained by oxidative dehydrogenation reaction. The water was removed from the cooling separator and the condensed water was discharged at a compression discharge temperature of 80 ° C The mixture was pressurized with a two-stage compressor and the hydrocarbons were condensed to 40 ° C using cooling water. The oxidative dehydrogenation reaction product containing the condensed hydrocarbons is removed from the deasphalted portion such as COx and O 2 and then the high boiling point substance in the condensed crude hydrocarbon is removed from the high boiling point removing agent, DMF was used to obtain butadiene with a recovery of 91.5% and a final degree of 99.5% by weight.
이 때, 산화탈수소화 반응부의 배출흐름은 가스 크로마토그래피로 측정하고, 냉각분리부, 응축분리부 및 정제부 각각의 배출흐름(B1, B2, B3, B5, B4'', B4''')에서의 조성은 공정모사기(AspenPlus)로 계산하여 하기 표 2에 기재하였다. At this time, the discharge flow of the oxidative dehydrogenation reaction section is measured by gas chromatography, and the discharge flows B1, B2, B3, B5, B4 '' and B4 '' 'of the cooling separation section, (AspenPlus) are shown in Table 2 below.
또한, 정제부에서 용매 사용량은 350ton/hr이며, 정제부에서 회수한 용매 내 불순물의 함량 및 용매 회수시 사용한 에너지량을 표 3 및 표4에 각각 기재하였다.The amount of solvent used in the purification part was 350 ton / hr, and the content of impurities in the solvent recovered in the purification part and the amount of energy used in recovering the solvent are shown in Tables 3 and 4, respectively.
비교예Comparative Example 1 One
하기 도 2의 장치를 이용하여 희석기체로 부탄을 사용하고 아래 표 1의 조성을 갖는 라피네이트-3을 원료로 사용하여 페라이트계 촉매 하에 부텐:산소=1:0.9, 부텐:수증기=1:5, 부텐:부탄=1:4의 몰비를 갖는 반응원료를 산화탈수소 반응을 통해 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 얻었고, 이를 냉각분리부에서 물을 제거한 뒤 응축분리부에서 압축 토출온도 80℃로 하여 2단 압축기로 가압하고 냉각수를 이용해 탄화수소류를 40℃로 응축하였다. 상기 응축된 탄화수소류를 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 탈기부에서 COx, O2와 같은 가벼운 기체류를 제거한 뒤 고비점 제거부를 거치지 않고 정제부로 투입되어 정제공정에서 용매로 DMF를 사용하여, 회수율 91.5%, 최종순도 99.5 중량%의 부타디엔을 수득하였다.Oxygen was 1: 0.9, butene: steam: 1: 5, and water was used as a raw material using raffinate-3 having the composition shown in Table 1 below, using butane as a diluent gas, An oxidative dehydrogenation reaction product containing butadiene was obtained by oxidative dehydrogenation reaction of a reaction raw material having a molar ratio of butene: butane = 1: 4, and after removal of water from the cooling separation section, The mixture was pressurized with a two-stage compressor and the hydrocarbons were condensed to 40 ° C using cooling water. The oxidative dehydrogenation reaction product containing the condensed hydrocarbons is removed from the deaeration section such as COx and O 2 and then introduced into the purification section without passing through the high boiling point removal section. DMF is used as the solvent in the purification process, 91.5%, and a final degree of 99.5% by weight of butadiene.
이 때, 산화탈수소화 반응부의 배출흐름은 가스 크로마토그래피로 측정하고, 냉각분리부, 응축분리부 및 정제부 각각의 배출흐름(B1, B2, B3, B5, B4")에서의 조성은 공정모사기(AspenPlus)로 계산하여 하기 표 3에 기재하였다.At this time, the discharge flow of the oxidative dehydrogenation reaction section was measured by gas chromatography, and the composition in the discharge flows (B1, B2, B3, B5, B4 ") of the cooling separation section, the condensation separation section and the purification section, (AspenPlus) are shown in Table 3 below.
또한, 정제부에서 용매 사용량은 350ton/hr이며, 정제부에서 회수한 용매 내 불순물의 함량 및 용매 회수시 사용한 에너지량을 표 3 및 표 4에 각각 기재하였다.The amount of solvent used in the purification part was 350 ton / hr, and the content of impurities in the solvent recovered in the purification part and the amount of energy used in recovering the solvent are shown in Tables 3 and 4, respectively.
냉각분리부(320)The
The cooling /
고비정제거부(360)Condensation separator 330,
Refuse refuse (360)
* 가벼운 기체류: COx, O2를 제외한 C4류 보다 비점이 낮은 물질The low boiling material than the current C4, except COx, O 2: * Light group stay
** 고비점 물질: 벤젠, 스타이렌, 페놀 등의 방향족 탄화수소류, 부타디엔 다이머, 아세토피논, 벤조피논 또는 안스레퀴논** High boiling point substances: aromatic hydrocarbons such as benzene, styrene and phenol, butadiene dimer, acetopyrone, benzophenone or anthrequinone
회수 용매 내 불순물 함량(wtppm)The
The impurity content (wtppm) in the recovered solvent
상기 표 2 내지 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1은 정제부로 투입되는 배출흐름(B4''')에서 고비점 물질의 함량은 4 kg/hr인데 반해, 비교예 1의 경우 배출흐름(B4'')에서 고비점 함량이 136 kg/hr로 매우 높았다. 상기 실시예 1은 비교예 1과 대비하여 정제부 투입 전에 조질 탄화수소 내 고비점 물질을 제거함으로써 회수한 용매 내 고비점 불순물의 함량이 낮아져서 정제부의 공정부하를 줄이면서 고순도의 부타디엔을 얻을 수 있었다. As shown in Tables 2 to 4, in Example 1 according to the present invention, the content of the high-boiling substance in the discharge flow B4 '' 'charged into the refiner was 4 kg / hr, whereas in Comparative Example 1, The high boiling point content in stream (B4 '') was very high at 136 kg / hr. In Example 1, the content of high boiling point impurities in the solvent recovered by removing the high boiling point material in crude hydrocarbons was lowered in comparison with Comparative Example 1, so that high purity butadiene was obtained while reducing the processing load of the purification portion.
또한, 상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1은 에너지 사용량이 72Gcal/hr인데 반해, 비교에 1은 104Gca/hr로, 에너지 사용량이 현저히 감소되어 생산성 향상 및 공정의 경제성을 확보할 수 있었다.As shown in Table 5, the energy consumption of Example 1 according to the present invention is 72 Gcal / hr, whereas the energy consumption of the first embodiment is 104 Gca / hr. Could.
110, 310, 410: 산화탈수소화 반응부
120, 320, 420: 냉각 분리부
130: 흡수분리부
330, 430: 응축분리부
140, 340, 440: 정제부
350, 450: 탈기부
360, 460: 고비점 제거부
431: 압축기
432: 열교환기110, 310, 410: oxidative dehydrogenation reaction unit
120, 320, 420:
130:
330, 430: condensation separator
140, 340, 440:
350, 450:
360, 460: High boiling point remover
431: Compressor
432: heat exchanger
Claims (14)
상기 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물을 냉각분리부로 통과시키면서 물을 분리하는 단계와,
상기 물이 분리된 산화탈수소화 반응생성물을 응축분리부로 통과시키면서 탄화수소류는 응축하고 COx와 O2는 분리하는 단계와,
상기 응축분리부에서 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 포함된 탄화수소류를 탈기부로 통과시키면서 COx와 O2를 추가 분리하는 단계와,
상기 탈기부에서 COx와 O2가 추가로 분리되고 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔을 포함하는 조질 탄화수소를 고비점 제거부를 통과시키면서 고비점 물질을 분리하는 단계와;
상기 고비점 물질이 제거된 조질(Crude) 탄화수소를 정제부로 통과시키면서 부타디엔을 분리하는 단계를 포함하고,
상기 정제부에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄과 부텐이 포함된 기체가 상기 산화탈수소화 반응부로 재투입되되, 상기 희석기체는 부탄인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법. A process for producing an oxidative dehydrogenation reaction product comprising butadiene, oxygen (O 2 ), steam, and diluent gas by passing the reaction raw material through an oxidative dehydrogenation reaction unit,
Separating the water while passing the oxidative dehydrogenation reaction product containing the butadiene through the cooling separator,
Passing the oxidized dehydrogenation reaction product separated from the water to the condensation separation unit, condensing the hydrocarbons and separating COx and O 2 ,
Further separating COx and O 2 while passing condensed n-butane, butene and butadiene-containing hydrocarbons through the deaeration section in the condensation separation section,
Separating the high boiling point material while passing through the high boiling point remover, the crude hydrocarbons including n-butane, butene and butadiene, which are further separated and condensed with COx and O 2 in the deaeration section;
Separating the butadiene while passing the crude hydrocarbon from which the high boiling point material has been removed to the refining unit,
Wherein the n-butane and butene-containing gas except for the butadiene separated in the refining unit is re-introduced into the oxidative dehydrogenation reaction unit, and the diluent gas is butane.
상기 반응원료에 포함되는 산소(O2)가 순도 90% 이상의 가스 형태로 투입되는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein oxygen (O 2 ) contained in the reaction raw material is introduced in a gas form having a purity of 90% or more.
상기 산화탈수소화 반응부 내 반응조건은 부텐 : 산소 : 수증기 : 희석기체 = 1 : 0.5~3 : 0.1~20 : 0.1~20의 몰비인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the reaction condition in the oxidative dehydrogenation reaction unit is a molar ratio of butene: oxygen: water vapor: diluent gas = 1: 0.5 to 3: 0.1 to 20: 0.1 to 20.
상기 응축분리는 1단의 단일압축 구조, 2 내지 10단의 다단압축 구조, 혹은 1 내지 2단의 다단압축이고, 압축 토출온도가 50 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein said condensation separation is a single-stage compression structure of one stage, a multi-stage compression structure of two to ten stages, or multi-stage compression of one or two stages and a compression discharge temperature of 50 to 250 ° C.
상기 응축분리에서 사용되는 냉매는 냉각수, 에틸렌글리콜, 농도 20 내지 100중량%인 에틸렌글리콜 수용액, 프로필렌글리콜, 농도 30 내지 100중량%인 프로필렌글리콜 수용액 및 프로필렌계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법.The method according to claim 1,
The refrigerant used in the condensation separation is at least one selected from the group consisting of cooling water, ethylene glycol, an aqueous solution of ethylene glycol having a concentration of 20 to 100 wt%, propylene glycol, an aqueous solution of propylene glycol having a concentration of 30 to 100 wt%, and a propylene- ≪ / RTI >
상기 응축분리부에서 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 응축된 탄화수소류를 탈기부로 통과시키면서 COx와 O2를 추가 분리하는 단계는,
상기 탈기부에서 추가로 분리된 COx와 O2를 응축시스템으로 투입하는 단계,로 구성된 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법. The method according to claim 1,
Separating the COx and the O 2 while passing the condensed n-butane, butene and butadiene hydrocarbons to the deaeration section in the condensation separation section,
The method of butadiene according to step to inject the COx and O 2 separated further from the degassing system into condensate, characterized in that consisting of.
상기 산화탈수소화 반응부는 부텐, 산소(O2), 수증기(steam) 및 상기 정제부에서 부타디엔이 분리된 잔류물로서 상기 산화탈수소화 반응부로 재투입되는 n-부탄과 부텐이 포함된 기체를 반응원료로 하여 페라이트계 촉매를 사용하여 반응온도 150~650℃의 등온 또는 단열 조건하에 구동되는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법. The method according to claim 1,
The oxidative dehydrogenation reaction unit reacts with butane, oxygen (O 2 ), steam, and a gas containing n-butane and butene, which are re-introduced into the oxidative dehydrogenation reaction unit as residues from which butadiene is separated from the purification unit Wherein the ferrite catalyst is used as a raw material and is driven under an isothermal or adiabatic condition at a reaction temperature of 150 to 650 占 폚.
상기 냉각분리부는 급냉의 직접 냉각방식(quencher) 또는 간접 냉각방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the cooling separator is driven by a quencher or an indirect cooling method of quenching.
상기 탈기부는 일반 컬럼을 이용한 스트리핑, 혹은 탈기로 구동되는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the deaeration section is driven by stripping or degassing using a general column.
상기 고비점 제거부는 증류방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the high boiling point remover is driven by a distillation method.
상기 응축분리부에서 분리된 COx와 O2, 혹은 상기 탈기부에서 분리된 COx와 O2를 소각시켜 발생된 열이 원료 히트 업(heat up), 혹은 정제부에서 재활용되는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법. The method according to claim 1,
Of butadiene, it characterized in that the COx and O 2, or the heat generated by burning the COx and O 2 separated by the degassing separated in the condensate separation unit is recycled to the raw material heat-up (heat up), or the tablet parts Gt;
상기 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 물을 분리하는 냉각분리부;
상기 물이 분리된 부타디엔을 포함하는 산화탈수소화 반응생성물에서 탄화수소류는 응축하고 COx와 O2는 분리하는 응축분리부;
상기 응축분리부에서 n-부탄, 부텐과 부타디엔이 응축된 탄화수소류에서 COx와 O2를 추가 분리하는 탈기부;
상기 COx와 O2가 추가로 분리되고 응축된 n-부탄, 부텐과 부타디엔을 포함하는 조질 탄화수소에서 고비점 물질을 분리하는 고비점 제거부; 및
상기 고비점 물질이 분리된 조질 탄화수소에서 부타디엔을 분리하는 정제부;를 포함하고,
상기 정제부에서 분리된 부타디엔을 제외한 n-부탄과 부텐이 포함된 기체가 상기 산화탈수소화 반응부로 재투입되되, 상기 희석기체는 부탄인 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조장치. An oxidative dehydrogenation reaction unit for obtaining an oxidative dehydrogenation reaction product comprising butadiene by oxidative dehydrogenation reaction of a reaction raw material including butene, oxygen (O 2 ), steam and diluent gas;
A cooling separator for separating water from the oxidative dehydrogenation reaction product comprising the butadiene;
A condensation separator for condensing the hydrocarbons in the oxidative dehydrogenation reaction product containing the butadiene from which the water is separated, and separating COx and O 2 ;
Degassing adding separating COx and O 2 in the n- butane, butene and butadiene is condensed hydrocarbons in the condensate separation unit;
A high boiling point agent for separating the high boiling point material from the crude hydrocarbons including n-butane, butene and butadiene, which are further separated and condensed with COx and O 2 ; And
And a refining unit for separating butadiene from the separated crude hydrocarbons,
Wherein the n-butane and butene-containing gas excluding the butadiene separated from the purification section is re-introduced into the oxidative dehydrogenation reaction section, and the diluent gas is butane.
상기 탈기부에서 분리된 COx와 O2가 응축시스템으로 투입되는 배출흐름;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조장치. 13. The method of claim 12,
And a discharge flow in which COx and O 2 separated from the deaeration section are introduced into the condensation system.
상기 응축분리부에서 분리된 COx와 O2, 혹은 상기 탈기부에서 분리된 COx와 O2를 소각시켜 발생된 열이 원료 히트 업(heat up), 혹은 정제부에서 재활용되도록 상기 응축분리부와 상기 산화탈수소화 반응부 사이에 구비된 열교환 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부타디엔의 제조방법13. The method of claim 12,
The heat generated by incineration of the COx and O 2 separated from the condensation separation unit or the COx and O 2 separated from the deaeration unit may be heat up or recycled in the purification unit, And a heat exchange unit provided between the oxidative dehydrogenation reaction units.
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