KR20190110959A - Method For Oligomerizing Ethylene Using Ejecter With Combined Venturi Tube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 벤투리 관이 결합된 이젝터를 이용한 에틸렌의 올리고머화 방법 에 관한 것으로, 에틸렌을 올리고머화할 때 사용하는 촉매 및 조촉매를 미리 일정 시간 동안 혼합하여 균일한 촉매 조성물이 되도록 하고, 촉매 조성물과 에틸렌을 올리고머화 반응기 내로 공급시 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통해 공급하는 에틸렌의 올리고머화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for oligomerization of ethylene using an ejector in which a venturi tube is bonded, and to mix a catalyst and a promoter used for oligomerizing ethylene in advance for a predetermined time to obtain a uniform catalyst composition, and A method and apparatus for oligomerization of ethylene in which ethylene is fed through an ejector in which a venturi tube is coupled to the oligomerization reactor.
선형 알파-올레핀(Linear alpha-olefin)은 공단량체, 세정제, 윤활제, 가소제 등에 쓰이는 중요한 물질로 상업적으로 널리 사용되며, 특히 1-헥센과 1-옥텐은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 제조 시 폴리에틸렌의 밀도를 조절하기 위한 공단량체로서 많이 사용된다.Linear alpha-olefins are widely used commercially as important materials for comonomers, detergents, lubricants, plasticizers, etc. In particular, 1-hexene and 1-octene are used in the production of linear low density polyethylene (LLDPE). It is often used as a comonomer to control the density.
종래의 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene, 선형 저밀도 폴리에틸렌)의 제조 과정에는 에틸렌과 함께 폴리머 골격(polymer backbone)에 분지(branch)를 형성하여 밀도(density)를 조절하기 위하여 알파-올레핀, 예를 들어 1-헥센, 1-옥텐과 같은 공단량체와 공중합이 이루어지도록 하였다.Conventional manufacturing process of LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene) is used to form a branch in the polymer backbone together with ethylene to control density by adjusting the density of density. Copolymerization was performed with comonomers such as 1-hexene and 1-octene.
따라서, 공단량체의 함량이 높은 LLDPE의 제조를 위해서는 공단량체의 가격이 제조 비용의 큰 부분을 차지한다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 시도가 있어 왔다.Therefore, there is a problem that the price of the comonomer takes a large part of the manufacturing cost for the production of LLDPE having a high comonomer content. Various attempts have been made to solve this problem.
또한, 알파-올레핀은 종류에 따라 응용 분야나 시장 규모가 다르기 때문에 특정 올레핀을 선택적으로 생산할 수 있는 기술은 상업적으로 크게 중요하며, 최근 선택적인 에틸렌 올리고머화(ethylene oligomerization)를 통해 1-헥센 또는 1-옥텐을 높은 선택도로 제조하는 크롬촉매 기술에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.In addition, since alpha-olefins have different application fields or market sizes, the technology for selectively producing specific olefins is commercially important, and recently, 1-hexene or 1 through selective ethylene oligomerization There is a lot of research on chromium catalyst technology to produce octene with high selectivity.
통상적으로 선형 알파-올레핀의 합성을 위해 연속교반탱크 반응기(CSTR: continuous stirred-tank reactor)에 투입되는 반응 원료는 리간드 화합물, 크롬과 같은 전이금속 화합물 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물과 올레핀 단량체이며, 반응기 내 물질 전달(mass transfer) 효율을 증가시키기 위해 교반기를 사용하는 것이 일반적이다.Typically, the reaction raw materials fed to a continuous stirred-tank reactor (CSTR) for the synthesis of linear alpha-olefins are catalyst compositions and olefin monomers comprising ligand compounds, transition metal compounds such as chromium and promoters. In general, it is common to use a stirrer to increase the mass transfer efficiency in the reactor.
그러나, 반응이 진행되는 동안 올레핀 단량체가 고르게 분산되지 않으면 삼량화(trimerization) 및 사량화(tetramerization)에 그치지 않고 고분자가 계속 성장하여 바람직하지 않은 긴 고분자가 형성되는 문제점이 있다. 또한, 생성된 고분자가 교반기에 달라 붙어 혼합 효율이 낮아지는 경우가 종종 있었으며, 따라서 올리고머화 장치의 유지보수에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.However, if the olefin monomer is not uniformly dispersed during the reaction, there is a problem that not only trimerization and tetramerization but also the polymer continues to grow and an undesirable long polymer is formed. In addition, the resulting polymer is often stuck to the stirrer and the mixing efficiency is often lowered, and thus there is a problem that the maintenance of the oligomerization device is expensive.
이에, 본 발명자들은 리간드 화합물 및 크롬 소스 등의 촉매 원료와 조촉매를 반응기 투입 전 미리 혼합하는 단계를 일정 시간 수행함으로써, 제조된 촉매 조성물의 활성도가 향상되고 반응의 선택성이 일정 수준 이상으로 제어되며 에틸렌으로부터 올리고머가 아닌 폴리머의 생성이 최소화되는 것을 발견하였다. 또한, 상기 촉매 조성물과 에틸렌을 올리고머화 반응기 내로 공급시 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통해 공급하는 경우, 촉매 조성물과 에틸렌의 혼합 효율이 매우 높아져 별도의 교반기를 필요로 하지 않고 반응 활성도 또한 향상되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors perform a step of pre-mixing a catalyst raw material such as a ligand compound and a chromium source and a co-catalyst before inputting the reactor for a certain time, thereby improving the activity of the prepared catalyst composition and controlling the selectivity of the reaction to a predetermined level or more. It has been found that the production of non-oligomeric polymers from ethylene is minimized. In addition, when the catalyst composition and ethylene are supplied through an ejector in which a Venturi tube is coupled to the oligomerization reactor, the mixing efficiency of the catalyst composition and ethylene is very high, and thus, the reaction activity is also improved without requiring a separate stirrer. And the present invention was completed.
본 발명은 에틸렌의 올리고머화에 사용되는 촉매 조성물과 에틸렌의 혼합 효율이 개선되고 이로써 반응 활성도가 향상된 에틸렌의 올리고머화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method for oligomerization of ethylene which improves the mixing efficiency of the catalyst composition and ethylene used for oligomerization of ethylene and thereby improves the reaction activity.
본 발명의 일 구현 예는 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 혼합물을 1 내지 10분 동안 혼합하여 촉매 조성물을 준비하는 제1단계; 상기 촉매 조성물과 에틸렌을 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통하여 반응기에 주입하는 제2단계; 상기 반응기 내에서 에틸렌 올리고머화(oligomerization) 반응을 진행하는 제3단계; 상기 올리고머화 반응의 진행 중에 반응기 내부의 반응중용액의 50 내지 90 중량%를 상기 반응기에서 내보내는 제4단계; 상기 반응기에서 나온 반응중용액을 열교환기를 통과시켜 열을 제거하는 제5단계; 및 상기 제열된 반응중용액을 반응기 내부의 반응중용액에 혼합하는 제6단계;를 포함하는 에틸렌의 올리고머화 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention comprises a first step of preparing a catalyst composition by mixing a catalyst mixture comprising a catalyst and a promoter for 1 to 10 minutes; A second step of injecting the catalyst composition and ethylene into the reactor through an ejector in which a venturi tube is coupled; A third step of carrying out an ethylene oligomerization reaction in the reactor; A fourth step of discharging 50 to 90% by weight of the reaction solution in the reactor from the reactor during the oligomerization reaction; A fifth step of removing heat by passing the reaction solution from the reactor through a heat exchanger; It provides a method for oligomerization of ethylene comprising a; and the sixth step of mixing the defrosted reaction solution in the reaction solution in the reactor.
본 발명의 에틸렌의 올리고머화 방법에 따르면, 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 혼합물을 혼합하여 촉매 조성물을 준비하고, 상기 촉매 조성물과 에틸렌을 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통해 반응기 내로 공급함으로써, 촉매 조성물과 에틸렌의 혼합 효율이 높아지고 물질 전달 제한(mass transfer limitation)의 영향을 줄일 수 있으므로 반응의 활성도가 개선될 수 있다.According to the oligomerization method of ethylene of the present invention, a catalyst mixture is prepared by mixing a catalyst mixture comprising a catalyst and a promoter, and the catalyst composition and ethylene are fed into a reactor through an ejector in which a venturi tube is coupled, thereby providing a catalyst. Since the mixing efficiency of the composition and ethylene can be increased and the influence of mass transfer limitation can be reduced, the activity of the reaction can be improved.
또한, 본 발명의 에틸렌의 올리고머화 장치는 에틸렌 올리고머화 반응기 내에 교반기 및 진공분산관 등의 내부장치를 필요로 하지 않아 고분자로 인한 파울링 현상을 감소시킬 수 있다. 따라서, 추가적인 세정 작업 없이 단시간에 반응기의 세정이 가능하므로 장치를 정지시키는 주기가 늘어날 수 있다. 또한, 교반기를 사용하지 않으므로 설비 공간이 작아지고, 장치 설비 비용이 적어지는 이점이 있다.In addition, the ethylene oligomerization apparatus of the present invention does not require an internal device such as a stirrer and a vacuum dispersion tube in the ethylene oligomerization reactor can reduce the fouling phenomenon due to the polymer. Thus, the reactor can be cleaned in a short time without additional cleaning operations, thereby increasing the period of stopping the device. In addition, since there is no use of the stirrer, there is an advantage that the installation space becomes small and the equipment installation cost is reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌의 올리고머화 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌의 올리고머화 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤투리 관이 결합된 이젝터의 확대도이다.1 is a flowchart of a method for oligomerization of ethylene according to one embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an oligomerization apparatus of ethylene according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an enlarged view of the ejector coupled to the venturi tube according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention. The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing exemplary embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the terms "comprise", "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, component, or combination thereof, that is, one or more other features, It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof.
본 명세서 전체에서 '촉매계', '촉매 조성물' 또는 '촉매 시스템' 이라 함은 전이금속 소스, 리간드 화합물 및 조촉매를 포함하는 3 성분, 또는 대안적으로, 전이금속 화합물 및 조촉매의 2 성분이 동시에 또는 임의의 순서로 첨가되어 활성이 있는 촉매 조성물로 수득될 수 있는 상태의 것을 의미한다. 상기 촉매 조성물의 3 성분 또는 2 성분은 용매 및 단량체의 존재 또는 부존재 하에 첨가될 수 있으며, 상기 세 용어는 혼용될 수 있다.Throughout this specification, "catalyst system", "catalyst composition" or "catalyst system" means a three component comprising a transition metal source, a ligand compound and a promoter, or alternatively, two components of the transition metal compound and a promoter It means a state which can be added simultaneously or in any order to obtain an active catalyst composition. Three or two components of the catalyst composition may be added in the presence or absence of a solvent and a monomer, and the three terms may be used interchangeably.
본 명세서에서 사용하는 용어 '올리고머화(oligomerization)'란, 올레핀이 소중합 되는 것을 의미한다. 중합되는 올레핀의 개수에 따라 삼량화(trimerization), 사량화(tetramerization)라고 불리며, 이를 총칭하여 다량화(multimerization)라고 한다. 특히 본 명세서에서는 에틸렌으로부터 LLDPE의 주요 공단량체인 1-헥센 및 1-옥텐을 선택적으로 제조하는 것을 의미한다.As used herein, the term 'oligomerization' means that the olefin is small polymerized. Depending on the number of olefins to be polymerized, it is called trimerization and tetramerization, which is collectively called multimerization. In particular, it is meant herein to selectively prepare 1-hexene and 1-octene which are the main comonomers of LLDPE from ethylene.
본 명세서에서 하이드로카빌기는 탄소와 수소로만 이루어진 모든 화합물을 의미하며, 예를 들면, 알킬기, 아릴기, 알케닐기, 시클로알킬기 등이 있고, 이러한 하이드로카빌기를 의미하는 용어의 사용에 있어서 특별한 언급이 없는 한, 직쇄와 분지쇄 모두를 의미할 수 있으며, 비치환형 및 치환형 모두를 의미할 수 있다. 예를 들면, 탄소수 1 내지 20의 알킬기인 그룹이라 함은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 의미할 수 있고, 탄소수 6 내지 20의 아릴기라 함은, 예컨대, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the hydrocarbyl group refers to all compounds consisting of only carbon and hydrogen, and examples thereof include an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, and the like. As long as there is no, it can mean both straight and branched chain, it can mean both unsubstituted and substituted. For example, a group which is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms may mean methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, etc. The aryl group having 6 to 20 carbon atoms includes, for example, a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에서 알킬아릴기는 1 이상의 알킬기를 치환기로 갖는 아릴기를 의미하고, 아릴알킬기는 1 이상의 아릴기를 치환기로 갖는 알킬기를 의미한다.In this specification, an alkylaryl group means an aryl group having at least one alkyl group as a substituent, and an arylalkyl group means an alkyl group having at least one aryl group as a substituent.
본 명세서에서 헤테로 원소는 N, O, S, P를 의미하고, 헤테로하이드로카빌기는 헤테로 원자가 1이상 포함된 하이드로카빌기를 의미할 수 있다. 즉, 헤테로알킬기는 알킬기의 구성 탄소 중 어느 하나의 탄소가 헤테로 원자로 치환되거나, 치환기로 헤테로 원자를 포함하는 것을 의미할 수 있고, 헤테로아릴기는 피리딜기와 같이 방향족 고리의 탄소 중 어느 하나가 헤테로 원자로 치환된 것을 의미할 수 있다. 이 외 헤테로아릴알킬기, 헤테로알킬아릴기, 헤테로알케닐아릴기 등의 경우도 마찬가지일 수 있다.In the present specification, the hetero element refers to N, O, S, and P, and the heterohydrocarbyl group may mean a hydrocarbyl group including one or more hetero atoms. That is, a heteroalkyl group may mean that any one carbon of the constituent carbons of the alkyl group is substituted with a hetero atom, or a hetero atom is included as a substituent, and the heteroaryl group, like a pyridyl group, any one of the carbons in the aromatic ring is a hetero atom. It may mean substituted. The same may also apply to other heteroarylalkyl groups, heteroalkylaryl groups, heteroalkenylaryl groups, and the like.
이하, 본 발명의 에틸렌의 올리고머화 장치 및 방법에 대해 상세히 서술한다.Hereinafter, the oligomerization apparatus and method of ethylene of this invention are explained in full detail.
에틸렌의 올리고머화 방법Method for oligomerization of ethylene
본 발명의 에틸렌의 올리고머화 방법은 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 혼합물을 1 내지 10분 동안 혼합하여 촉매 조성물을 준비하는 제1단계; 상기 촉매 조성물과 에틸렌을 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통하여 반응기에 주입하는 제2단계; 상기 반응기 내에서 에틸렌 올리고머화(oligomerization) 반응을 진행하는 제3단계; 상기 올리고머화 반응의 진행 중에 반응기 내부의 반응중용액의 50 내지 90 중량%를 상기 반응기에서 내보내는 제4단계; 상기 반응기에서 나온 반응중용액을 열교환기를 통과시켜 열을 제거하는 제5단계; 및 상기 제열된 반응중용액을 반응기 내부의 반응중용액에 혼합하는 제6단계;를 포함한다. The oligomerization method of ethylene of the present invention comprises a first step of preparing a catalyst composition by mixing a catalyst mixture comprising a catalyst and a promoter for 1 to 10 minutes; A second step of injecting the catalyst composition and ethylene into the reactor through an ejector in which a venturi tube is coupled; A third step of carrying out an ethylene oligomerization reaction in the reactor; A fourth step of discharging 50 to 90% by weight of the reaction solution in the reactor from the reactor during the oligomerization reaction; A fifth step of removing heat by passing the reaction solution from the reactor through a heat exchanger; And a sixth step of mixing the defrosted reaction solution with the reaction solution in the reactor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌의 올리고머화 방법에 대한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌의 올리고머화 장치의 구성도이다.1 is a flow chart of the oligomerization method of ethylene according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram of a device for oligomerization of ethylene according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예의 에틸렌의 올리고머화 방법은 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 혼합물을 인라인 믹서(1)를 이용해 혼합하여 촉매 조성물을 준비하고, 상기 촉매 조성물 및 에틸렌을 벤투리 관이 결합된 이젝터(4)를 통하여 반응기(2)에 주입하여 에틸렌 올리고머화(oligomerization) 반응을 진행한 후, 반응을 완료한 반응완료용액을 반응기(2)에서 내보낸다.Referring to FIGS. 1 and 2, in one embodiment, an oligomerization method of ethylene prepares a catalyst composition by mixing a catalyst mixture including a catalyst and a cocatalyst using an in-line mixer 1, and mixes the catalyst composition and ethylene. After injection into the reactor (2) through the ejector (4) coupled to the turing tube proceeds the ethylene oligomerization (oligomerization) reaction, the reaction complete solution is completed from the reactor (2).
알파 올레핀 올리고머의 합성은 에틸렌 등의 알파 올레핀을 원료로 하는 저중합 반응으로써 발열 반응이기 때문에 반응기(2)를 냉각시키면서 진행된다. 이를 위하여, 반응기(2)는 외부에 냉각수(또는 냉매) 재킷(21)을 더 구비한다. 즉 냉각수(또는 냉매) 재킷(21)은 발열 반응이 진행되는 반응기(2)를 냉각시킨다. 그리고 반응기(2)는 상부에 릴리프 밸브(22)를 구비하여, 합성 반응 중에 내부 압력을 설정압으로 안전하게 유지시킬 수 있다. 선택적으로, 반응기 열을 제거하기 위해, 반응기 내부에 코일(coil)을 포함할 수 있다(미도시).Since the synthesis | combination of an alpha olefin oligomer is exothermic reaction by the low polymerization reaction which uses alpha olefins, such as ethylene, as a raw material, it advances, cooling the
예를 들면, 에틸렌의 올리고머화 방법은 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 혼합물을 1 내지 10분 동안 혼합하여 촉매 조성물을 준비하는 제1단계(ST1); 상기 촉매 조성물과 에틸렌을 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통하여 반응기에 주입하는 제2단계(ST2); 상기 반응기 내에서 에틸렌 올리고머화(oligomerization) 반응을 진행하는 제3단계(ST3); 상기 반응기 내부의 반응중용액의 50 내지 90 중량%를 상기 반응기에서 내보내는 제4단계(ST4); 상기 반응기에서 나온 반응중용액을 열교환기를 통과시켜 열을 제거하는 제5단계(ST5); 및 상기 제열된 반응중용액을 반응기 내부의 반응중용액에 혼합하는 제6단계(ST6);를 포함한다. For example, the oligomerization method of ethylene may include a first step (ST1) of preparing a catalyst composition by mixing a catalyst mixture including a catalyst and a promoter for 1 to 10 minutes; A second step (ST2) of injecting the catalyst composition and ethylene into the reactor through an ejector in which a venturi tube is coupled; A third step (ST3) of carrying out an ethylene oligomerization reaction in the reactor; A fourth step (ST4) of discharging 50 to 90% by weight of the reaction solution in the reactor from the reactor; A fifth step (ST5) of removing heat by passing the reaction solution from the reactor through a heat exchanger; And a sixth step (ST6) of mixing the preheated reaction solution with the reaction solution in the reactor.
일 예로서, 상기 제1단계(ST1)는 인라인 믹서(1)를 이용하여 수행될 수 있다. 인라인 믹서는 원료와 액상 용매를 이용하여 혼합하는 시스템으로서 고정자(stator)와 고속으로 회전하는 회전자(rotor)의 미세한 간격 사이로 내용물을 통과시켜 분자간의 응집력을 낮추며 분산 및 분쇄 효과를 일으킨다. 따라서, 인라인 믹서는 안정적인 혼합이 가능하고, 내용물을 순환시켜 분산, 분쇄 및 유화가 진행되므로 작업 효율이 높아지는 이점이 있다.As an example, the first step ST1 may be performed using the inline mixer 1. In-line mixer is a system that mixes the raw material and the liquid solvent to pass the contents between the minute interval between the stator and the rotor rotating at high speed to reduce the cohesion between molecules and to produce a dispersion and grinding effect. Therefore, the in-line mixer is capable of stable mixing, there is an advantage that the work efficiency is increased because the dispersion, grinding and emulsification proceeds by circulating the contents.
이로써 촉매와 조촉매가 균일하게 혼합될 수 있어 촉매의 선택도가 동일하게 유지될 수 있다. 따라서, 촉매의 활성도가 향상되고 올리고머가 아닌 폴리머의 생성이 최소화되는 효과가 있다.This allows the catalyst and cocatalyst to be uniformly mixed so that the selectivity of the catalyst can remain the same. Therefore, there is an effect that the activity of the catalyst is improved and the production of the polymer other than the oligomer is minimized.
본 발명에서 사용 가능한 인라인 믹서는 정적(Static) 또는 동적(dynamic) 인라인 믹서이며, 바람직하게 정적 믹서이다.The inline mixer usable in the present invention is a static or dynamic inline mixer, preferably a static mixer.
본 발명에서 상기 혼합은 1 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 1 내지 10분, 바람직하게 1 내지 5분, 가장 바람직하게 1 내지 2분 동안 수행될 수 있다.In the present invention, the mixing is performed for 1 to 20 minutes, preferably 1 to 10 minutes, preferably 1 to 5 minutes, most preferably 1 to 2 minutes can be performed.
상기 혼합이 1분 미만으로 수행되는 경우, 촉매와 조촉매의 배위 결합과 같은 화학적 결합이 잘 이루어지지 않아 스케일(scale)이 발생할 수 있다. 또한, 혼합이 10분 초과로 수행되는 경우, 촉매의 열화가 일어나서 안정성이 저하되고, 촉매당 제품 생산성이 저하될 수 있다.When the mixing is performed in less than 1 minute, chemical bonds such as coordination bonds between the catalyst and the promoter may not be well achieved, resulting in scale. In addition, when the mixing is performed for more than 10 minutes, deterioration of the catalyst may occur, resulting in a decrease in stability and a decrease in product productivity per catalyst.
제2단계(ST2)에서 상기 촉매 조성물과 에틸렌의 주입은 반응기(2)의 상부에 위치하는 벤추리 관(222)이 결합된 이젝터(221)를 통해 수행되는 것을 특징으로 한다. 상기 이젝터(221)는 노즐이 장착되어 있으며, 상기 노즐은 고압으로 반응기 내부로 공급되는 촉매 조성물의 분사 단면적을 작게 하여 속도를 상승시키는 역할을 한다. 이로써, 상기 촉매 조성물이 고속 분사(high velocity jet)를 형성하면서 반응기로 유입되며, 이러한 빠른 유입속도로 인해 촉매 조성물과 에틸렌을 이어서 끌어들이는 효과가 있다.Injecting the catalyst composition and ethylene in the second step (ST2) is characterized in that it is carried out through the
일 예로서, 상기 제2단계(ST2)에서, 상기 촉매 조성물은 1 내지 10m/s, 바람직하게 1 내지 3m/s 의 분사 속도로 반응기 내로 공급될 수 있다.As an example, in the second step ST2, the catalyst composition may be supplied into the reactor at an injection speed of 1 to 10 m / s, preferably 1 to 3 m / s.
또한, 상기 에틸렌은 1 내지 10m/s, 바람직하게 1 내지 3m/s의 분사 속도로 반응기 내로 공급될 수 있다.In addition, the ethylene can be fed into the reactor at a spray rate of 1 to 10 m / s, preferably 1 to 3 m / s.
상기 노즐의 직경은 반응기의 크기에 따라 달라질 수 있는데, 일반적으로 0.5 내지 5mm인 것이 바람직하다.The diameter of the nozzle may vary depending on the size of the reactor, and generally 0.5 to 5 mm.
또한 상기 이젝터(221)에는 벤투리 관(222)이 결합되어 있는데, 상기 벤투리 관(222)은 직관의 형태로 이루어진 유입부(222a) 및 하부로 확대되는 형상의 관으로 이루어진 확산부(222b)를 포함하는 것으로, 상기 유입부(222a)는 이젝터(221)에 결합되어 있고 유입부(222a)의 직경은 확산부(222b)의 입구의 직경과 동일하며 확산부(222b) 출구의 직경보다는 작다. 동시에 확산부(222b)의 출구 방향이 반응기 하부를 향하고 있는 것이 바람직하다. 상기 유입부(222a)의 직경은 0.2 내지 1000mm 인 것이 바람직하고, 확산부(222b) 입구의 직경은 유입부(222a)의 직경과 동일하며 확산부(222b) 출구의 직경은 확산부(222b) 입구 직경의 1.0배 내지 10배인 것이 바람직하다. 또한 확산부(222b)의 길이는 유입부(222a) 길이의 0.1배 내지 10배인 것이 바람직하고, 유입부(222a)와 확산부(222b)를 합한 전체 벤투리 관의 길이는 반응기 본체 길이의 0.01배 내지 0.95배인 것이 바람직하며, 0.05배 내지 0.75배인 것이 더욱 바람직하다.In addition, the
촉매 조성물 및 에틸렌은 상기 이젝터(221) 및 이에 결합된 벤투리 관(222)을 거치면서 반응기 내부로 분사되는데, 이렇게 분사되는 촉매 조성물 및 에틸렌은 난류(turbulence)로 인해 미세기포를 형성하면서 반응기 내부로 분사되므로 접촉 표면적이 넓어 혼합 효율이 크게 증대된다.The catalyst composition and ethylene are injected into the reactor through the
일 예로서, 상기 벤투리 관(222)이 결합된 이젝터(221)를 통해 분사되는 촉매 조성물은 평균입경 50 내지 500㎛, 바람직하게 100 내지 200㎛의 미세기포 형태로 반응기 내로 유입될 수 있다.As an example, the catalyst composition injected through the
일 예로서, 상기 벤투리 관(222)이 결합된 이젝터(221)를 통해 분사되는 에틸렌은 평균입경 50 내지 500㎛, 바람직하게 100 내지 200㎛의 미세기포 형태로 반응기 내로 유입될 수 있다.As an example, ethylene injected through the
본 발명의 일 실시예는 교반기(agitator) 및 진공분산관(sparger)을 포함하지 않을 수 있다. 본 발명에서는 벤투리 관(222)이 결합된 이젝터(221)를 사용함으로써 촉매 조성물과 에틸렌의 혼합이 효율적으로 이루어지기 때문에, 별도의 교반기 또는 진공분산관 등을 필요로 하지 않기 때문이다. 이와 같이 별도 내부장치가 없는 경우 반응기(2) 내에서 교반기에 의한 파울링 현상을 방지할 수 있다.One embodiment of the present invention may not include an agitator and a vacuum sparger. In the present invention, since the mixing of the catalyst composition and ethylene is efficiently performed by using the
따라서 반응기(2) 내부에서 스케일이 발생이 감소될 수 있다. 또한, 추가적인 세정 작업 없이 단시간에 반응기(2)의 세정이 가능하므로 장치를 정지시키는 주기가 늘어날 수 있다. 즉 장치의 가동 시간이 증대된다. 또한, 교반기를 사용하지 않으므로 설비 공간이 작아지고, 장치 설비 비용이 적어진다.Therefore, the generation of scale inside the
제3단계(ST3)는 주입된 촉매 조성물과 에틸렌이 반응기(2) 내에 설정 시간 체류하면서 에틸렌 올리고머화 반응을 진행한다. In the third step (ST3), the injected catalyst composition and ethylene remain in the
상기 제3단계(ST3)에서, 상기 촉매 조성물과 통상적인 장치 및 접촉기술을 이용하여 불활성 용매의 존재 또는 부재 하에서 균질 액상 반응, 촉매 조성물이 일부 용해되지 않거나 전부 용해되지 않는 형태인 슬러리 반응, 2상 액체/액체반응, 또는 생성물 올레핀이 주매질로 작용하는 벌크상 반응 또는 가스상 반응으로 가능하며, 균질 액상 반응이 바람직하다.In the third step (ST3), a homogeneous liquid phase reaction in the presence or absence of an inert solvent using a conventional apparatus and contact technology with the catalyst composition, slurry reaction in which the catalyst composition is not partially or completely dissolved, 2 A phase liquid / liquid reaction, or a bulk phase reaction or a gas phase reaction in which the product olefins act as the main medium, is possible, and a homogeneous liquid phase reaction is preferred.
일 예로서, 상기 제3단계(ST3)는 약 5℃ 내지 약 200℃의 온도, 바람직하게는 약 30℃ 내지 약 150℃, 보다 바람직하게 45 내지 100℃, 보다 바람직하게 45 내지 65℃, 또는 45 내지 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. As an example, the third step ST3 may be a temperature of about 5 ° C. to about 200 ° C., preferably about 30 ° C. to about 150 ° C., more preferably 45 to 100 ° C., more preferably 45 to 65 ° C., or It may be carried out at a temperature of 45 to 60 ℃.
또한, 상기 제3단계(ST3)는 약 1 bar 내지 약 300 bar의 압력에서, 바람직하게는 약 2 bar 내지 약 150 bar, 보다 바람직하게 45 내지 65bar의 압력에서 수행될 수 있다.In addition, the third step ST3 may be performed at a pressure of about 1 bar to about 300 bar, preferably at a pressure of about 2 bar to about 150 bar, more preferably 45 to 65 bar.
상기 온도 및 압력 조건의 범위는 에틸렌 올리고머화 반응시키는 호적의 조건일 수 있으며, 상기 온도 범위 및 압력 범위 내에서 에틸렌 올리고머화 반응 수행시, 원하는 알파-올레핀에 대해 선택도가 우수하고, 부산물의 양이 저감되며, 공정 운용 상 효율을 상승시키고 비용을 절감할 수 있다.The range of the temperature and pressure conditions may be the conditions of the family register for the ethylene oligomerization reaction, when the ethylene oligomerization reaction is performed within the temperature range and pressure range, the selectivity for the desired alpha-olefin is excellent, the amount of by-products This reduces costs, increases efficiency and reduces costs.
또한, 상기 제3단계(ST3)는 반응기 내에 반응용매가 투입된 상태에서 에틸렌과 상기 올리고머화 촉매 조성물이 반응기로 투입됨으로써, 또는 반응용매와 에틸렌이 반응기 내에 투입된 상태에서 상기 촉매 조성물이 반응기로 투입됨으로써 개시될 수 있다. 또한, 상기 촉매 조성물은 용매를 포함할 수 있다.In the third step ST3, the ethylene and the oligomerization catalyst composition are introduced into the reactor while the reaction solvent is introduced into the reactor, or the catalyst composition is introduced into the reactor while the reaction solvent and ethylene are introduced into the reactor. May be initiated. In addition, the catalyst composition may include a solvent.
상기 반응용매는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 큐멘, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 헵탄, 사이클로헥산, 메틸사이클로헥산, 메틸사이클로펜탄, n-헥산, 1-헥센, 1-옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The reaction solvent is one selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, cumene, chlorobenzene, dichlorobenzene, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, methylcyclopentane, n-hexane, 1-hexene, 1-octene It may be abnormal.
또한, 상기 에틸렌의 올리고머화 방법은, 상기 제3단계(ST3) 이후, 생성물로서 1-헥센을 포함하는 조성물과 1-옥텐을 포함하는 조성물을 수득하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 생성물을 얻는 단계는 에틸렌의 올리고머화 반응에 의해 생성된 생성물들을 증류탑 등의 장치를 통하여 분리 공정을 수행하는 단계일 수 있다.In addition, the oligomerization method of ethylene may include obtaining a composition including 1-hexene and 1-octene as a product after the third step (ST3). Obtaining such a product may be a step of separating the products produced by the oligomerization reaction of ethylene through a device such as a distillation column.
상기 분리 공정에서는 에틸렌 올리고머화 반응에 사용되는 용매의 종류에 따라서 분리에 필요한 에너지가 상이할 수 있으며, 일반적으로는 주 생성물인 1-헥센의 비점과 1-옥텐의 비점의 사이에서 비점을 갖는 화합물을 반응용매로 사용할 수 있다. 이 경우에는 분리 에너지 측면에서 상당히 유리할 수 있다.In the separation process, the energy required for separation may vary depending on the type of the solvent used in the ethylene oligomerization reaction, and in general, a compound having a boiling point between the boiling point of 1-hexene and 1-octene as a main product. May be used as the reaction solvent. In this case it can be quite advantageous in terms of separation energy.
제4단계(ST4)는 제3단계(ST3)의 올리고머화 반응의 진행 중에 반응기 내부의 반응중용액의 50 내지 90 중량%를 반응기 외부로 내보내는 단계이다.The fourth step ST4 is a step in which 50 to 90% by weight of the reaction solution in the reactor is sent out of the reactor during the oligomerization reaction of the third step ST3.
제5단계(ST5)는 반응중용액이 상기 반응기(2)에서 나와 제1관로(31)를 지나서 열교환기(3)로 유입된다. 상기 열교환기(3)는 반응기(2)의 외부에 구비되어 제1관로(31)로 연결되어 반응중용액을 유입하여 열을 제거하고, 제2관로(32)로 연결되어 제열된 반응중용액을 반응기(2)로 다시 공급한다.In the fifth step (ST5), the solution during the reaction exits the
예를 들면, 열교환기(3)는 고온의 반응중용액이 유입되는 제1관로(31) 측으로 저온의 냉각수가 유입되고, 저온의 반응중용액이 유출되는 제2관로(32) 측으로 고온의 냉각수가 유출되면서 열교환 작용한다.For example, the
제1관로(31)에는 스트레이너 또는 필터(311)와 순환 펌프(312)가 설치되어 제1관로(31)를 통하여 반응기(2)에서 나온 반응중용액을 필터링하여 열교환기(3)로 공급한다. 제2관로(32)는 순환 펌프(312)의 압송에 의하여 열교환기(3)를 경유하여 제열된 반응중용액을 반응기(2)로 공급한다.The
제6단계(ST6)는 열교환기(3)에서 제열된 반응중용액을 다시 반응기(2) 내부의 반응중용액에 혼합한다.In the sixth step ST6, the reaction intermediate solution dehumidified by the
또한, 본 발명의 에틸렌의 올리고머화 방법은 상기 반응기에서 올리고머화 반응에 의해 제조된 1-헥센 및 1-옥텐 등의 알파-올레핀을 포함하는 반응완료용액을 내보내는 제7단계(ST7)를 더 포함할 수 있다.In addition, the oligomerization method of ethylene of the present invention further includes a seventh step (ST7) of outputting a reaction solution containing alpha-olefins such as 1-hexene and 1-octene prepared by the oligomerization reaction in the reactor. can do.
일 예로서, 상기 제4단계의 반응기에서 나온 반응중용액이 열교환기(3)로 유입되기 전에 분기된 관로(33)를 통하여 알파-올레핀을 포함하는 반응완료용액 및 에틸렌을 분리할 수 있다.As an example, before the reaction medium solution from the reactor of the fourth stage is introduced into the heat exchanger (3), the reaction completion solution and ethylene containing the alpha-olefin may be separated through the branched pipe (33).
또는, 열교환기(3)를 통과하여 제열된 반응중용액이 반응기로 다시 유입되기 전에 분기된 관로(34)를 통하여 알파-올레핀을 포함하는 반응완료용액 및 에틸렌을 분리할 수 있다. 공정 구성시 상기 관로(33) 또는 관로(34) 중 하나만 선택할 수 있으며, 바람직하게는 관로(33)을 통해 반응완료용액 및 에틸렌을 분리한다.Alternatively, the reaction completed solution including alpha-olefin and ethylene may be separated through the
또한, 상기 분리된 반응완료용액으로부터 증류탑 등의 장치를 통하여 1-헥센을 포함하는 조성물 및 1-옥텐을 포함하는 조성물을 분리하는 공정 및 제품화하는 공정을 수행할 수 있다. 또한, 상기 분리된 에틸렌은 재사용을 위해 반응기로 다시 유입될 수 있다.In addition, it is possible to perform a step of separating and producing a composition comprising 1-hexene and a composition comprising 1-octene from the separated reaction completed solution through a device such as a distillation column. In addition, the separated ethylene can be introduced back into the reactor for reuse.
올리고머화 촉매 조성물Oligomerization Catalyst Composition
본 발명의 에틸렌의 올리고머화 방법에서 촉매 조성물로서 통상의 공지된 것을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 일 예로서, 본 발명의 촉매 조성물은 리간드 화합물; 전이금속 화합물; 및 조촉매를 포함할 수 있다.In the method for oligomerization of ethylene of the present invention, any conventionally known catalyst can be used, and is not particularly limited. As one example, the catalyst composition of the present invention comprises a ligand compound; Transition metal compounds; And promoters.
선형 알파 올레핀에 대한 선택도를 높이고, 다량화 반응 활성을 높이기 위해, 상기 촉매 혼합물에 포함된 상기 리간드: 상기 전이금속 화합물의 금속: 상기 조촉매의 알루미늄 또는 보론의 몰 비는 약 1: 1: 1 내지 10:1:10,000, 바람직하게 약 0.5:1:1 내지 약 10:1:10,000, 보다 바람직하게 약 0.5:1:100 내지 약 5:1:3,000일 수 있다. In order to increase the selectivity to the linear alpha olefin and to increase the multimerization activity, the molar ratio of the ligand: metal of the transition metal compound: aluminum or boron of the promoter is about 1: 1: 1 to 10: 1: 10,000, preferably about 0.5: 1: 1 to about 10: 1: 10,000, more preferably about 0.5: 1: 100 to about 5: 1: 3,000.
이하, 촉매 조성물을 이루는 리간드 화합물; 전이금속 화합물; 및 조촉매의 구성을 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, a ligand compound constituting the catalyst composition; Transition metal compounds; And look at the configuration of the promoter in more detail.
리간드 화합물Ligand Compound
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 다이포스핀 모이어티를 하나 이상 포함하는 리간드 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.According to one embodiment of the present specification, a ligand compound including one or more diphosphine moieties may be represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, 상기 A는 N, P, As 또는 Sb이며,In Formula 1, A is N, P, As or Sb,
상기 리간드 화합물이 하나의 다이포스핀 모이어티를 포함할 경우, 상기 *은 C1~C20의 지방족 탄화수소 그룹, C2~C20의 헤테로 지방족 탄화수소 그룹, C3~C20의 지환족 탄화수소 그룹, C3~C20의 헤테로 지환족 탄화수소 그룹, C6~C20의 방향족 탄화수소 그룹 및 C6~C20의 헤테로 방향족 탄화수소 그룹으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 그룹이고,When the ligand compound includes one diphosphine moiety, * denotes an aliphatic hydrocarbon group of C 1 to C 20, a heteroaliphatic hydrocarbon group of
상기 리간드 화합물이 2 이상의 다이포스핀 모이어티를 포함하는 경우, 상기 *은 연결기를 통해 연결된 다이포스핀 모이어티이며, 상기 연결기는 C2~C20의 지방족 탄화수소 그룹, C2~C20의 헤테로 지방족 탄화수소 그룹, C3~C20의 지환족 탄화수소 그룹, C3~C20의 헤테로 지환족 탄화수소 그룹, C6~C30의 방향족 탄화수소 그룹 및 C6~C30의 헤테로 방향족 탄화수소 그룹으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이며,When the ligand compound includes two or more diphosphine moieties, * is a diphosphine moiety linked through a linking group, and the linking group is a
상기 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C6~C20의 아릴기 또는 C7~C20의 알킬아릴기이다.R1 to R4 are each independently C6 ~ C20 aryl group or C7 ~ C20 alkylaryl group.
전이금속 화합물Transition metal compound
본 발명의 에틸렌의 올리고머화 반응시 사용되는 촉매 조성물에서, 전이금속 화합물의 전이금속은 크롬인 것이 바람직하다. 일 예로서, 상기 전이금속 화합물은 크롬의 산화 상태가 0 내지 6인 유기 또는 무기 크롬 화합물로서, 예를 들어 크롬 금속이거나, 또는 임의의 유기 또는 무기 라디칼이 크롬에 결합된 화합물일 수 있다. 여기서, 상기 유기 라디칼은 라디칼당 1 내지 20의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 에스테르, 케톤, 아미도 라디칼 등일 수 있다. 그리고, 상기 무기 라디칼은 할라이드, 황산염, 산화물 등일 수 있다.In the catalyst composition used in the oligomerization reaction of ethylene of the present invention, the transition metal of the transition metal compound is preferably chromium. As an example, the transition metal compound may be an organic or inorganic chromium compound having an oxidation state of chromium of 0 to 6, for example, a chromium metal or a compound in which any organic or inorganic radical is bonded to chromium. Here, the organic radical may be alkyl, alkoxy, ester, ketone, amido radical, etc. having 1 to 20 carbon atoms per radical. The inorganic radicals may be halides, sulfates, oxides, and the like.
바람직하게, 상기 크롬 소스는 크롬(III)아세틸아세토네이트, 삼염화크롬트리스테트라하이드로퓨란, 크롬(III)-2-에틸헥사노에이트, 크롬(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인디오네이트), 크롬(III)벤조일아세토네이트, 크롬(III)헥사플루오로-2,4-펜테인디오네이트 및 크롬(III)아세테이트하이드록사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.Preferably, the chromium source is chromium (III) acetylacetonate, chromium trichloride tristetrahydrofuran, chromium (III) -2-ethylhexanoate, chromium (III) tris (2,2,6,6-tetramethyl At least one selected from the group consisting of -3,5-heptanedionate), chromium (III) benzoylacetonate, chromium (III) hexafluoro-2,4-pentanedionate and chromium (III) acetate hydroxide Can be.
조촉매Promoter
본 발명의 에틸렌의 올리고머화 반응시 사용되는 촉매 조성물에서, 조촉매는 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the catalyst composition used in the oligomerization reaction of ethylene of the present invention, the promoter may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by
[화학식 2][Formula 2]
R5-[Al(R6)-O]c-R7 R 5- [Al (R 6 ) -O] cR 7
상기 화학식 2에서, R5 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1~C20의 하이드로카빌기, 또는 할로겐으로 치환된 C1~C20의 하이드로카빌기이고, c는 2 이상의 정수이며,In
[화학식 3][Formula 3]
D(R8)3 D (R 8 ) 3
상기 화학식 3에서, D는 알루미늄 또는 보론이고, R8은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1~C20의 하이드로카빌기 또는 할로겐으로 치환된 C1~C20의 하이드로카빌기이고,In
[화학식 4][Formula 4]
[L-H]+[Q(E)4]- [LH] + [Q (E) 4 ] -
상기 화학식 4에서,In
L은 중성 루이스 염기이고, [L-H]+는 브론스테드 산이며, Q는 +3 형식 산화 상태의 보론 또는 알루미늄이고, E는 각각 독립적으로 1 이상의 수소 원자가 할로겐, C1~C20의 하이드로카빌기, 알콕시 작용기 또는 페녹시 작용기로 치환 또는 비치환된 C6~C20의 아릴기 또는 C1~C20의 알킬기이다.L is a neutral Lewis base, [LH] + is Bronsted acid, Q is boron or aluminum in the +3 type oxidation state, each E is independently at least one hydrogen atom is a halogen, a C1-C20 hydrocarbyl group, It is a C6-C20 aryl group or C1-C20 alkyl group unsubstituted or substituted by the alkoxy functional group or the phenoxy functional group.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물로는, 예를 들어 개질메틸알루미녹산(MMAO), 메틸알루미녹산(MAO), 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산, 부틸알루미녹산 등이 될 수 있다.As the compound represented by
상기 화학식 3으로 표시되는 알킬 금속 화합물로는, 예를 들어 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리프로필알루미늄, 트리부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 디메틸이소부틸알루미늄, 디메틸에틸알루미늄, 디에틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리-s-부틸알루미늄, 트리씨클로펜틸알루미늄, 트리펜틸알루미늄, 트리이소펜틸알루미늄, 트리헥실알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트리페닐알루미늄, 트리-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드, 디메틸알루미늄에톡시드, 트리메틸보론, 트리에틸보론, 트리이소부틸보론, 트리프로필보론, 트리부틸보론 등일 수 있다.As the alkyl metal compound represented by the formula (3), for example, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, tripropylaluminum, tributylaluminum, dimethylchloroaluminum, dimethylisobutylaluminum, dimethylethylaluminum and diethyl Chloro aluminum, triisopropyl aluminum, tri-s-butyl aluminum, tricyclopentyl aluminum, tripentyl aluminum, triisopentyl aluminum, trihexyl aluminum, ethyl dimethyl aluminum, methyl diethyl aluminum, triphenyl aluminum, tri-p- Tolyl aluminum, dimethyl aluminum methoxide, dimethyl aluminum ethoxide, trimethyl boron, triethyl boron, triisobutyl boron, tripropyl boron, tributyl boron and the like.
상기 화학식 4로 표시되는 화합물로는, 예를 들어 트리에틸암모늄테트라페닐보론, 트리부틸암모늄테트라페닐보론, 트리메틸암모늄테트라페닐보론, 트리프로필암모늄테트라페닐보론, 트리메틸암모늄테트라(p-톨릴)보론, 트리프로필암모늄테트라(p-톨릴)보론, 트리에틸암모늄테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리메틸암모늄테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리부틸암모늄테트라(p-트리플루오로메틸페닐)보론, 트리메틸암모늄테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리부틸암모늄테트라펜타플루오로페닐보론, N,N-디에틸아닐리늄테트라페닐 보론, N,N-디에틸아닐리늄테트라페닐보론, N,N-디에틸아닐리늄테트라펜타플루오로페닐보론, 디에틸암모늄테트라펜타플루오로페닐보론, 트리페닐포스포늄테트라페닐보론, 트리메틸포스포늄테트라페닐보론, 트리에틸암모늄테트라페닐알루미늄, 트리부틸암모늄테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모늄테트라페닐알루미늄, 트리프로필암모늄테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모늄테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리프로필암모늄테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리에틸암모늄테트라(o,p-디메틸페닐)알루미늄, 트리부틸암모늄테트라(p-트리플루오로메틸페닐)알루미늄, 트리메틸암모늄테트라(p-트리플루오로메틸페닐)알루미늄,트리부틸암모늄테트라펜타플루오로페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리늄테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리늄테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리늄테트라펜타플로로페닐알루미늄, 디에틸암모늄테트라펜타플루오로페닐알루미늄, 트리페닐포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리메틸포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리페닐카보늄테트라페닐보론, 트리페닐카보늄테트라페닐알루미늄, 트리페닐카보늄테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리페닐카보늄테트라펜타플루오로페닐보론 등일 수 있다.Examples of the compound represented by the formula (4) include triethylammonium tetraphenylboron, tributylammonium tetraphenylboron, trimethylammonium tetraphenylboron, tripropylammonium tetraphenylboron, trimethylammonium tetra (p-tolyl) boron, Tripropylammonium tetra (p-tolyl) boron, triethylammonium tetra (o, p-dimethylphenyl) boron, trimethylammonium tetra (o, p-dimethylphenyl) boron, tributylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) Boron, trimethylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, tributylammoniumtetrapentafluorophenylboron, N, N-diethylaniliniumtetraphenyl boron, N, N-diethylaniliniumtetraphenylboron, N , N-diethylanilinium tetrapentafluorophenylboron, diethylammonium tetrapentafluorophenylboron, triphenylphosphonium tetraphenylboron, trimethylphosphonium tetraphenylboron, triethylammo Tetraphenylaluminum, tributylammonium tetraphenylaluminum, trimethylammonium tetraphenylaluminum, tripropylammonium tetraphenylaluminum, trimethylammonium tetra (p-tolyl) aluminum, tripropylammonium tetra (p-tolyl) aluminum, triethylammonium tetra ( o, p-dimethylphenyl) aluminum, tributylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) aluminum, trimethylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) aluminum, tributylammonium tetrapentafluorophenylaluminum, N, N- Diethylanilinium tetraphenylaluminum, N, N-diethylanilinium tetraphenylaluminum, N, N-diethylanilinium tetrapentafluorophenylaluminum, diethylammonium tetrapentafluorophenylaluminum, triphenylphosphonium tetra Phenyl aluminum, trimethyl phosphonium tetraphenyl aluminum, triphenyl carbonium tetra phenyl boron, triphenyl carbonium te La phenyl aluminum, triphenyl carbonyl titanium tetra (p- methylphenyl to triple) may phenylboronic the like as boron, triphenyl carbonyl titanium tetra-pentafluoropropane.
일 예로서, 상기 촉매 조성물의 조촉매로 바람직하게는 알루미녹산을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메틸알루미녹산(MAO) 또는 개질메틸알루미녹산(MMAO)을 사용할 수 있다.As an example, aluminoxane may be preferably used as a cocatalyst of the catalyst composition, and more preferably methylaluminoxane (MAO) or modified methylaluminoxane (MMAO) may be used.
실시예Example
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to them.
실시예 1Example 1
촉매 조성물의 준비Preparation of Catalyst Composition
전이금속으로 크롬(Cr)을 사용한 전이금속 화합물을 에틸렌 저중합체화의 촉매로 준비하였다. 용매인 메틸사이클로헥산과 상기 촉매를 혼합하여 0.05 내지 0.5mM의 용액을 준비하고, 조촉매로서 mMAO(8.6wt% 아이소헵테인 용액)을 준비하였다. 상기 용매 및 촉매가 혼합된 용액, 조촉매를 유리초자에 투입하고, 5~20분 동안 혼합하여 촉매 조성물을 준비하였다.A transition metal compound using chromium (Cr) as the transition metal was prepared as a catalyst for ethylene oligomerization. Methylcyclohexane as a solvent and the catalyst were mixed to prepare a solution of 0.05 to 0.5 mM, and mMAO (8.6 wt% isoheptane solution) was prepared as a promoter. A solution and a cocatalyst in which the solvent and the catalyst were mixed were added to a glass jar, and mixed for 5 to 20 minutes to prepare a catalyst composition.
에틸렌 올리고머화 반응Ethylene oligomerization reaction
600 ml 용량의 반응기를 준비하여 120℃로 2시간 동안 진공을 잡은 후, 온도를 60℃로 내리고 내부를 아르곤으로 치환하였다. 상기 반응기는 상부에 벤투리 관이 결합된 이젝터가 설치되어 있으며, 반응기 내부에는 별도의 교반기가 존재하지 않는 장치를 사용하였다. 그 후, 용매로서 140g의 메틸사이클로헥산 및 조촉매로서 MMAO (8.6 wt%, 아이소헵테인 용액) 1 ml (Al/Cr=1200)를 주입하고, 상기 촉매 조성물이 혼합된 0.5mM 용액 5 ml (2.5umol)를 벤투리 관이 결합된 이젝터를 이용하여 5 내지 7m/s의 분사 속도로 반응기에 주입하였다. A 600 ml reactor was prepared and vacuumed at 120 ° C. for 2 hours, then the temperature was lowered to 60 ° C. and the interior was replaced with argon. The reactor is equipped with an ejector in which a venturi tube is coupled to the top, and an apparatus is used in which there is no separate stirrer inside the reactor. Then 1 ml (Al / Cr = 1200) of 140 g of methylcyclohexane as solvent and MMAO (8.6 wt%, isoheptane solution) as cocatalyst were injected and 5 ml of 0.5 mM solution mixed with the catalyst composition ( 2.5umol) was injected into the reactor at an injection speed of 5 to 7 m / s using an ejector coupled with a Venturi tube.
이후, 반응기 안으로 분사 속도 5 내지 7m/s로서 에틸렌 60 bar로 채운 다음, 순환펌프를 이용하여 에틸렌 및 반응생성물을 순환하여, 반응기내 온도를 제어하였다(T<2℃). 미반응 에틸렌을 천천히 vent한 후 노네인(GC internal standard) 1 ml를 넣어주었다. 이후, 반응기의 액체 부분을 조금 취하여 물로 ?칭하고, 유기층을 PTFE 실린지 필터로 필터하여 생성된 고분자를 따로 분리하여 건조하였다. 또한 취해진 유기층 부분을 MgSO4로 잔류 수분을 제거한 후 GC-MS로 유기층의 조성물을 확인한 결과, Schultz-Flory distribution에 따르는 알파-올레핀 중합체의 혼합물 형태인 것을 확인하였다. 남은 반응액에 메탄올 및 희석된 HCl의 혼합물을 넣어 교반하여 고체의 양을 분석하였다.Thereafter, the ethylene and the reaction product were circulated using a circulating pump, filled with 60 ethylene at an injection rate of 5 to 7 m / s into the reactor, and the temperature in the reactor was controlled (T <2 ° C.). After slowly venting the unreacted ethylene, 1 ml of nonane (GC internal standard) was added thereto. Thereafter, a small portion of the liquid portion of the reactor was quenched with water, the organic layer was filtered with a PTFE syringe filter, and the resulting polymer was separated and dried. In addition, the organic layer portion was removed with MgSO 4 to remove residual moisture, and the composition of the organic layer was confirmed by GC-MS, and it was confirmed that the mixture was an alpha-olefin polymer according to the Schultz-Flory distribution. A mixture of methanol and diluted HCl was added to the remaining reaction solution, followed by stirring to analyze the amount of solids.
비교예 1Comparative Example 1
반응기 내부에 벤투리 관이 결합된 이젝터 대신 교반기가 설치되어 있는 반응기를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실험하였다.The experiment was the same as in Example 1 except that a reactor equipped with a stirrer was used instead of an ejector having a Venturi tube coupled to the inside of the reactor.
비교예 2Comparative Example 2
촉매 및 조촉매를 혼합한 촉매 조성물을 준비하지 않고, 각각 별도로 반응기 내부에 분사한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실험하였다. Experiments were carried out in the same manner as in Example 1, except that the catalyst composition in which the catalyst and the co-catalyst were mixed was not separately prepared and sprayed separately into the reactor.
비교예 3Comparative Example 3
촉매 및 조촉매를 20분동안 혼합하여 촉매 조성물을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실험하였다. The experiment was the same as in Example 1, except that the catalyst composition was prepared by mixing the catalyst and the promoter for 20 minutes.
비교예 4Comparative Example 4
반응기 내부 온도를 70℃로 하고, 반응기 내부 압력이 40 bar이 되도록 에틸렌을 주입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실험하였다. The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the temperature inside the reactor was 70 ° C. and ethylene was injected so that the pressure inside the reactor was 40 bar.
실험예Experimental Example
상기 실시예 및 비교예의 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The analysis results of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 촉매 및 조촉매를 1~10분 동안 혼합하여 촉매 조성물을 제조하고, 이를 벤투리관이 결합된 이젝터를 사용하여 반응기에 주입하는 방법을 통해 에틸렌 올리고머를 제조한 실시예 1의 경우, 촉매 활성은 낮아지지 않으면서도 비교예에 비하여 부산물인 solid 생성이 현저히 감소하는 것을 확인하였다. As shown in Table 1, the catalyst and the cocatalyst were mixed for 1 to 10 minutes to prepare a catalyst composition, and the ethylene oligomer was prepared by injecting it into a reactor using an ejector having a venturi tube. In the case of Example 1, it was confirmed that the solid by-product generation was significantly reduced compared to the comparative example without lowering the catalytic activity.
반면, 촉매 조성물을 제조하였으나 벤투리 관이 결합된 이젝터를 사용하지 않고 종래 기술과 같이 교반기가 설치된 반응기를 사용한 비교예 1의 경우, 생성된 solid 함량이 다소 높게 나타나 부산물 형성을 방지하지 못한 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 1과 동일한 반응기를 사용하였지만 촉매 및 조촉매를 미리 혼합하지 않고 각각 별도로 분사하여 사용한 비교예 2에서는, 조촉매와 촉매를 미리 혼합하여 촉매를 활성화하는 단계를 거치지 않기 때문에 촉매활성이 낮아지고 solid 생성량 또한 증가하는 문제점을 확인하였다. 이는 조촉매와 촉매를 미리 혼합하지 않고 반응기에 바로 각각 투입하였기에, 촉매와 조촉매가 혼합될 수 있는 시간이 부족하여 촉매가 충분히 활성화되지 못한 상태로 올리고머화 반응이 진행되기 때문인 것으로 분석된다. On the other hand, the catalyst composition was prepared, but in Comparative Example 1 using a reactor equipped with a stirrer as in the prior art without using an ejector in which a venturi tube was combined, it was found that the produced solid content was rather high to prevent the formation of by-products. Could. In addition, in Comparative Example 2, in which the same reactor as in Example 1 was used, but the catalyst and the promoter were sprayed separately without mixing in advance, the catalyst activity was not increased because the catalyst was not pre-mixed to activate the catalyst. It was confirmed that the problem of lowering and increasing solid production amount. This is because the oligomerization reaction proceeds in a state in which the catalyst is not sufficiently activated because the catalyst and the catalyst are directly introduced into the reactor without mixing the promoter and the catalyst in advance.
뿐만 아니라, 촉매 조성물을 제조할 때도 혼합 시간이 중요한 요소로 작용하며, 특히 비교예 3과 같이 1~10분을 초과하여 촉매와 조촉매를 20분 동안 혼합한 경우, solid 함량이 증가할 뿐만 아니라 촉매 활성 또한 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 촉매 활성이 기준 대비 절반 수준으로 감소하게 되는 것으로 나타났다. In addition, the mixing time is also an important factor when preparing the catalyst composition, especially when the catalyst and the promoter is mixed for 20 minutes in excess of 1 to 10 minutes as in Comparative Example 3, not only increases the solid content Catalyst activity has also been shown to decrease. In addition, the catalyst activity was found to be reduced by half compared to the reference.
한편, 비교예 4의 경우, 반응 온도가 65 ℃ 이상이고 반응 압력이 45 bar 보다 낮기 때문에, 촉매 활성이 다소 떨어지는 것으로 나타났다. 이는, 올리고머화 반응 온도 및 압력 또한 촉매 활성에 영향을 미치는 요소임을 입증하는 것이다. On the other hand, in the case of Comparative Example 4, since the reaction temperature is 65 ℃ or more and the reaction pressure is lower than 45 bar, it was shown that the catalytic activity is somewhat reduced. This demonstrates that the oligomerization reaction temperature and pressure are also factors that affect catalyst activity.
상기 결과를 통해, 촉매 및 조촉매를 혼합하여 촉매 조성물을 미리 제조하고, 동시에 이를 벤투리관이 결합된 이젝터를 사용하여 반응기에 주입하는 경우, solid 생성을 방지하면서도 촉매 활성은 높게 유지시켜 효율적으로 에틸렌 올리고머화 반응을 수행할 수 있음을 확인하였다. 이러한 방법의 경우, 이젝터를 사용하여 촉매 조성물 및 에틸렌을 혼합하기 때문에 반응기 내 교반기를 별도로 설치하지 않았으며, 이를 통해 내부 장치로 인한 파울링 현상을 감소시키고 셧 다운 주기 또한 증가시키는 효과를 얻을 수 있을 것이다.Through the above results, when the catalyst composition is prepared in advance by mixing the catalyst and the cocatalyst, and simultaneously injected into the reactor by using an ejector with a venturi tube, it is possible to efficiently maintain the catalyst activity while preventing the solid formation It was confirmed that the ethylene oligomerization reaction can be carried out. In this method, since the ejector is used to mix the catalyst composition and ethylene, a separate agitator is not installed in the reactor, which can reduce the fouling caused by the internal device and increase the shutdown period. will be.
Claims (12)
상기 촉매 조성물과 에틸렌을 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통하여 반응기에 주입하는 제2단계;
상기 반응기 내에서 에틸렌 올리고머화(oligomerization) 반응을 진행하는 제3단계;
상기 올리고머화 반응의 진행 중에 반응기 내부의 반응중용액의 50 내지 90 중량%를 상기 반응기에서 내보내는 제4단계;
상기 반응기에서 나온 반응중용액을 열교환기를 통과시켜 열을 제거하는 제5단계; 및
상기 제열된 반응중용액을 반응기 내부의 반응중용액에 혼합하는 제6단계;를 포함하는 에틸렌의 올리고머화 방법.
A first step of preparing a catalyst composition by mixing a catalyst mixture including a catalyst and a promoter for 1 to 10 minutes;
A second step of injecting the catalyst composition and ethylene into the reactor through an ejector in which a venturi tube is coupled;
A third step of carrying out an ethylene oligomerization reaction in the reactor;
A fourth step of discharging 50 to 90% by weight of the reaction solution in the reactor from the reactor during the oligomerization reaction;
A fifth step of removing heat by passing the reaction solution from the reactor through a heat exchanger; And
And a sixth step of mixing the preheated reaction solution with the reaction solution in the reactor.
상기 제1단계에서 상기 혼합은 인라인 믹서를 이용하여 수행되는, 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said mixing in said first step is carried out using an inline mixer.
상기 제1단계에서 상기 혼합은 1 내지 5분 동안 수행되는, 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
In the first step, the mixing is carried out for 1 to 5 minutes, oligomerization method of ethylene.
상기 제2단계에서 상기 이젝터는 노즐이 장착된 이젝터인, 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
In the second step, the ejector is a nozzle-equipped ejector, oligomerization method of ethylene.
상기 제2단계에서 상기 촉매 조성물은 1 내지 10m/s의 분사 속도로 반응기 내로 공급되는 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
In the second step, the catalyst composition is oligomerization method of ethylene is fed into the reactor at a spray rate of 1 to 10 m / s.
상기 제2단계에서 상기 에틸렌은 1 내지 10m/s의 분사 속도로 반응기 내로 공급되는 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
In the second step, the ethylene is oligomerization method of ethylene is fed into the reactor at a spray rate of 1 to 10 m / s.
상기 제2단계에서 상기 벤투리 관이 결합된 이젝터를 통해 분사되는 촉매 조성물과 에틸렌은 평균입경 50 내지 500㎛의 미세기포 형태로 반응기 내로 유입되는, 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
In the second step, the catalyst composition and ethylene injected through the ejector in which the venturi tube is coupled are introduced into the reactor in the form of microbubbles having an average particle diameter of 50 to 500 µm.
상기 제3단계는 5 내지 200 ℃의 온도 및 1 내지 300 bar의 압력 하에서 수행되는, 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
The third step is carried out under a temperature of 5 to 200 ℃ and pressure of 1 to 300 bar, oligomerization method of ethylene.
상기 제3단계는 45 내지 65 ℃의 온도 및 45 내지 65 bar의 압력 하에서 수행되는, 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
The third step is carried out at a temperature of 45 to 65 ℃ and pressure of 45 to 65 bar, oligomerization method of ethylene.
상기 반응기에서 올리고머화 반응에 의해 제조된 알파-올레핀을 포함하는 반응완료용액을 내보내는 제7단계를 더 포함하는 에틸렌의 올리고머화 방법.
The method according to claim 1,
Ethylene oligomerization method further comprises a seventh step of sending out the reaction solution containing the alpha-olefin prepared by the oligomerization reaction in the reactor.
상기 촉매 조성물과 에틸렌을 반응기에 주입하는 통로로서 벤투리 관이 결합된 이젝터가 설치되고, 이를 통해 주입되는 촉매 조성물과 에틸렌에 의하여 에틸렌 올리고머화(oligomerization) 반응을 진행하는 반응기; 및
상기 반응기의 외부에 구비되고 제1관로로 연결되어, 상기 반응기에 체류 후 상기 반응기에서 내보내져 순환되는 상기 촉매 조성물과 에틸렌을 포함하는 반응중용액의 열을 제거하는 열교환기;
를 포함하는 에틸렌의 올리고머화 장치.
An inline mixer for preparing a catalyst composition by mixing a catalyst mixture comprising a catalyst and a promoter;
An ejector having a venturi tube coupled as a passage for injecting the catalyst composition and ethylene into the reactor, and a reactor for performing an ethylene oligomerization reaction with the catalyst composition and ethylene injected therethrough; And
A heat exchanger provided outside the reactor and connected to a first pipe line to remove heat of the reaction solution containing ethylene and the catalyst composition circulated after being discharged from the reactor after staying in the reactor;
Oligomerization apparatus of ethylene comprising a.
상기 올리고머화 반응기 내 교반기 및 진공분산관을 포함하지 않는 에틸렌의 올리고머화 장치.The method according to claim 11,
The oligomerization apparatus of ethylene which does not contain a stirrer and a vacuum dispersion tube in the said oligomerization reactor.
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