KR20200131761A - 올리고머화되는 탄화수소 스트림에서 올리고머 함량을 조절하는 올레핀의 올리고머화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 반응기 및 적어도 하나의 증류 컬럼을 포함하는 적어도 하나의 반응 단계에서 올리고머화가 수행되며, 상기 적어도 하나의 증류 컬럼에서의 올리고머의 제거 후 상기 적어도 하나의 반응 단계로의 공급 스트림 중 올리고머 함량이 0.4 중량% 미만인, 촉매를 사용한 C3- 내지 C5-올레핀의 올리고머화 방법에 관한 것이다.

Description

올리고머화되는 탄화수소 스트림에서 올리고머 함량을 조절하는 올레핀의 올리고머화 방법{PROCESS FOR THE OLIGOMERIZATION OF OLEFINS WITH CONTROL OF THE OLIGOMER CONTENT IN THE HYDROCARBON STREAMS TO BE OLIGOMERIZED}
본 발명은, 적어도 하나의 반응기 및 적어도 하나의 증류 컬럼을 포함하는 적어도 하나의 반응 단계에서 올리고머화가 수행되며, 상기 적어도 하나의 증류 컬럼에서의 올리고머의 제거 후 상기 적어도 하나의 반응 단계로의 공급 스트림 중 올리고머 함량이 0.4 중량% 미만인, 촉매를 사용한 C3- 내지 C5-올레핀의 올리고머화 방법에 관한 것이다.
올리고머화는 일반적으로, 불포화 탄화수소들의 그들 자체끼리의 반응에 의해 상응하는 장쇄 탄화수소, 소위 올리고머를 형성하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 6개의 탄소 원자를 갖는 올레핀 (헥센)은 3개의 탄소 원자를 갖는 올레핀 (프로펜) 2개의 올리고머화에 의해 형성될 수 있다. 2개 분자의 서로간의 올리고머화는 이량체화로도 지칭된다.
생성된 올리고머는 예를 들어 알데히드, 카르복실산 및 알콜의 제조에 사용되는 중간체이다. 올레핀의 올리고머화는, 용해된 촉매를 사용하여 균질 상으로 또는 고체 촉매 상에서 불균질하게, 또는 다르게는 2상 촉매 시스템을 사용하여, 산업적 대규모로 수행된다.
올레핀을 올리고머화하는 공정에 대해서는 선행 기술에 충분히 잘 알려져 있어서, 산업적인 규모로 사용되고 있다. 생산량은 독일 단독에서만 매년 수천 킬로톤에 달한다. 올리고머화 공정을 위한 올레핀의 공급원은 일반적으로 올레핀 이외에 상응하는 알칸을 또한 포함하는 크래킹(cracking) 공정 (예를 들어 스팀 크래커 또는 유체 촉매촉진 크래커)으로부터의 올레핀-함유 분획이다.
직렬로 연결된 하나 이상의 반응기에서 올레핀 올리고머를 제조한 후, 올리고머는, 특히 미반응 공급 올레핀 및/또는 알칸들을 포함하는 올리고머화물 (올리고머화로부터의 산출물)로부터 분리되어야 한다. 분리는 통상적으로 적어도 하나의 증류 컬럼에서 수행되며, 여기서 미반응 올레핀 및/또는 알칸들은 탑정을 통해 유출되어, 적어도 부분적으로 반응기(들)로 재순환된다.
올리고머화물로부터 올리고머를 분리하는 것의 목적은 보통, 출발 물질의 분획이 없는 순수한 올리고머화물, 및 차후 적절하게 재사용될 미반응 공급 올레핀 및/또는 알칸의 순수한 스트림을 생성시키는 것이다. 그러나, 상기 스트림의 순도가 증가하면, 예를 들어 컬럼 복귀 증가에 대한 필요성으로 인하여 분리 장치(들) 비용 및/또는 에너지 비용이 상당히 더 높아진다는 문제가 있다. 따라서, 비용을 감소시키기 위하여, 올리고머는 보통 순수한 형태로 분리되지 않으며, 대신 소량의 출발 물질이 분리된 올리고머 스트림에 남게 된다. 이는 분리 후에도 여전히 특정량의 올리고머를 포함하는 미반응 공급 올레핀 및/또는 알칸의 스트림에 동일하게 적용된다.
공급 올레핀 및/또는 알칸 및 또한 올리고머의 이러한 스트림이 다시 반응기로 공급되는 경우, 복귀되는 올리고머의 비율이 더 높을수록, 한편으로는 올리고머 수율이 떨어지고 다른 한편으로는 올리고머화의 반응 속도가 감소한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 고려되어야 하는 소정의 올리고머화 억제가 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 반응 속도의 상당한 저하, 즉 눈에 띄는 억제가 관찰될 수 없으며, 그럼에도 불구하고 비용-효과적인 분리 효과가 달성될 수 있는 C3- 내지 C5-올레핀의 올리고머화 방법을 제공하는 것이었다.
상기한 부정적인 효과 (올리고머 수율 및 반응 속도의 감소)는 정확하게는 올리고머가 미반응 공급 올레핀 및/또는 알칸의 스트림으로부터 적절히 제거되지 않은 경우에 발생한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 적어도 하나의 반응 단계의 반응기 또는 반응기들로의 공급 스트림 중 올리고머의 함량이 적어도 하나의 반응 단계의 반응기 또는 반응기들로의 공급물의 전체 조성을 기준으로 0.4 중량% 미만인 본 발명에 따라 상기 목적이 달성될 수 있었다. 상기 공급물은 형성된 올리고머가 증류에 의해 제거된 재순환 잔류 올리고머화물, 및 새로운 공급 혼합물의 공급물로 이루어진다. 이는 청구범위 제1항에 재현되어 있다. 상기 방법의 바람직한 실시양태들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은, C3- 내지 C5-올레핀, 바람직하게는 C4-올레핀을 포함하는 공급 혼합물을, 니켈 화합물, 및 산화알루미늄, 이산화규소 또는 알루미노실리케이트를 함유하는 지지체 물질을 포함하는 불균질 올리고머화 촉매를 사용하여 적어도 하나의 반응 단계에서 올리고머화시키며, 여기서 각 경우의 반응 단계는, 올리고머화물을 형성하는 올리고머화가 수행되는 적어도 하나의 반응기, 및 올리고머화 동안 형성된 올리고머가 잔류 올리고머화물로부터 적어도 부분적으로 분리되는 적어도 하나의 증류 컬럼으로 이루어지고, 올리고머가 분리되어진 잔류 올리고머화물의 적어도 일부가 적어도 하나의 반응 단계의 하나 이상의 반응기(들)로 재순환되며, 재순환되는 잔류 올리고머화물 및 새로운 공급 혼합물의 공급물로 이루어진, 적어도 하나의 반응 단계의 하나 이상의 반응기(들)로의 공급물 중 올리고머의 함량이, 각 경우 공급물의 전체 조성을 기준으로 0.4 중량% 미만, 바람직하게는 ≤ 0.2 중량%인, C3- 내지 C5-올레핀, 바람직하게는 C4-올레핀의 올리고머화 방법이다.
올리고머의 함량은 또한, 진행 중인 작업 동안, 예를 들어 기체 크로마토그래피법을 사용하여 모니터링될 수 있다. 올리고머와 잔류 올리고머화물 사이의 충분한 분리, 및 그에 따른 0.4 중량% 미만, 바람직하게는 ≤ 0.2 중량%인 공급물 중 올리고머 함량을 달성할 수 있기 위해서는, 다양한 수단들, 예를 들어 하나 이상의 더 큰 증류 컬럼의 사용, 증류 컬럼(들)에서의 더 우수한 충진, 더 적은 증류 컬럼(들)상 적재량, 또는 증류 컬럼(들)으로의 증류물 복귀의 증가가 개별적으로 또는 조합으로 선택될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 올리고머 함량은 새로운 공급물에 대한 재순환 잔류 올리고머화물의 비 (재순환 잔류 올리고머화물/새로운 공급물)를 조정하는 것에 의해서도 달성될 수 있다. 원칙적으로, 재순환되는 잔류 올리고머화물의 양이 적으면, 0.4 중량% 미만, 바람직하게는 ≤ 0.2 중량%의 올리고머 함량이 달성될 수도 있다. 바람직한 실시양태에서, 재순환 잔류 올리고머화물 (t/h로 나타냄) 및 새로운 공급물 (t/h로 나타냄)의 비는 0.001 대 30, 바람직하게는 0.005 대 20, 특히 바람직하게는 0.01 대 15이다.
본 발명의 문맥에서, "반응 단계"라는 용어는 하나 이상의 반응기(들), 및 반응기 하류의 하나 이상의 증류 컬럼(들)을 포함하는 플랜트 부문을 의미한다. 바람직한 실시양태에서는, 반응 단계 당 하나의 증류 컬럼만이 존재한다. 증류 컬럼에서는, 형성된 올리고머가, 올리고머 이외에 알칸 및 미반응 올레핀도 포함하는 올리고머화물 (반응기로부터의 산출물 스트림에 해당함)로부터 분리된다. 예를 들어 공급물용 예비히터, 열 교환기 또는 그와 유사한 것과 같은, 반응 단계에 통합될 수 있는 통상적인 공정-조작 장치가, 본원에 별도로 열거되지 않지만, 관련 기술분야 통상의 기술자에게 친숙할 것이다.
본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 반응 단계를 포함한다. 그러나, 상기 방법은 적어도 2개의 반응 단계, 바람직하게는 5개 이하의 반응 단계를 포함할 수도 있다. 따라서, 바람직한 실시양태에서, 상기 올리고머화 방법은 2개, 3개, 4개 또는 5개의 반응 단계를 포함한다. 이러한 반응 단계 각각은 서로 독립적으로 하나 이상의 반응기, 및 형성된 올리고머를 반응기로부터의 잔류 산출물 스트림으로부터 분리하기 위한 하나 이상의 하류 증류 컬럼을 포함한다. 그러나, 반응 단계들 중 하나는 2개 이상의 반응기를 포함하는 반면 선행하거나 후행하는 반응 단계에는 하나의 반응기만이 존재하는 것 또한 생각할 수 있다.
하나의 반응 단계만을 갖는 단일-단계 공정 체제에서, 잔류 올리고머화물이 적어도 부분적으로 새로운 공급물과 혼합되어 반응 단계의 반응기(들)로 공급되는 경우, 제1 반응 단계의 반응기 또는 반응기들에서 형성된 올리고머는 제1 반응 단계의 증류 컬럼에서 반응기 또는 반응기들로의 전체 공급물 중 올리고머 함량이 0.4 중량% 미만, 바람직하게는 ≤ 0.2 중량%이 되도록 잔류 올리고머화물로부터 분리된다. 2개 이상의 반응 단계를 갖는 공정 체제의 경우, 모든 반응 단계의 모든 반응기들에 대한 공급 스트림 중 올리고머 함량이 0.4 중량% 미만, 바람직하게는 ≤ 0.2 중량%이다. 2개 이상의 반응 단계를 갖는 공정 체제의 경우, 증류 컬럼에서 올리고머가 분리되어진 잔류 올리고머화물은 부분적으로는 동일한 반응 단계의 반응기(들) 또는 그 중 하나로, 그리고 부분적으로는 다음 반응 단계로 공급될 수 있다. 다음 반응 단계로의 잔류 올리고머화물의 적어도 부분적인 전달은 당연히 최종 반응 단계에서는 적용가능하지 않다. 동일한 반응 단계의 반응기로의 재순환 및 다음 반응 단계로의 전달 이외에, 잔류 올리고머화물 중 일부는 예를 들어 시스템에 불활성 알칸이 축적되는 것을 방지하기 위하여 제거될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은 하기와 같이 광범위하게 수행될 수 있다: 출발점은 C3- 내지 C5-올레핀, 바람직하게는 C4-올레핀을 포함하는 공급 혼합물을 제공하는 것이다. 공급 혼합물은 먼저 제1 반응 단계의 적어도 하나의 반응기에서 올리고머화되며, 수득된 올리고머화물은 증류 컬럼으로 전달되고, 증류 컬럼에서, 형성된 올리고머 (바람직하게는 C6- 내지 C24-올레핀, 특히 바람직하게는 C8- 내지 C24-올레핀)는 잔류 올리고머화물로부터 저부 생성물로서 분리되고, 상기 잔류 올리고머화물은 적어도 공급 혼합물로부터의 미반응 올레핀 및 알칸을 포함하며 탑정 생성물로서 수득된다. 반응 단계에 따라, 잔류 올리고머화물은 이후 적어도 부분적으로는 공급 스트림으로서 다음의 각 반응 단계로 전달되며, 부분적으로는 동일한 반응 단계의 반응기로 재순환되어, 사전에, 새로운 공급 혼합물로 구성된 새로운 공급물과, 또는 이전 단계의 올리고머-고갈 올리고머화물과 조합된다. 최종 반응 단계에서는, 올리고머가 분리된 후의 잔류 올리고머화물이 부분적으로는 반응기들 중 하나로 재순환되며, 적어도 부분적으로는 공정으로부터 방출된다. 최종 반응 단계의 잔류 올리고머화물이 본원에 기술된 공정으로부터 방출되는 경우, 그것은 다른 공정을 위한 합성 원료 (예컨대 히드로포르밀화, 아세틸렌 제조에서의 광 아크용 C-공급원)로서, 연소 기체로서, 또는 알칸에의 완전 수소화 후의 추진 기체로서, 조리용 기체 등으로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 공정에 사용가능한 올레핀은 C3- 내지 C5-올레핀, 바람직하게는 C4-올레핀, 또는 이를 기재로 하며 일부 유사 알칸을 포함할 수도 있는 올레핀 혼합물이다. 적합한 올레핀에는 α-올레핀, n-올레핀 및 시클로알켄, 바람직하게는 n-올레핀이 포함된다. 바람직한 실시양태에서, 상기 C4-올레핀은 n-부텐이다.
올레핀은 전형적으로 순수한 형태로는 반응물로 사용되지 않으며, 대신 이용가능한 기술-등급 혼합물로서 사용된다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 공급 혼합물이라는 용어는, 올리고머화될 관련 올레핀을, 올리고머화를 경제적으로 수행하는 것을 가능케 하는 양으로 함유하는 임의의 유형의 혼합물을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 따라 사용되는 공급 혼합물은 바람직하게는 다른 불포화 화합물 및 다중불포화 화합물 예컨대 디엔 또는 아세틸렌 유도체를 실질적으로 함유하지 않는다. 올레핀 비율을 기준으로 하여 5 중량% 미만, 특히 2 중량% 미만의 분지형 올레핀을 함유하는 공급 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
프로필렌은 나프타의 크래킹에 의해 산업적 대규모로 생산되며 용이하게 이용가능한 상품 화학물질이다. C5-올레핀은 정제소 또는 크래커(cracker)로부터의 경질 석유 분획에 존재한다. 선형 C4-올레핀을 포함하는 기술등급 혼합물로는 정제소로부터의 경질 석유 분획, FC 크래커 또는 스팀 크래커로부터의 C4-분획, 피셔-트롭슈(Fischer-Tropsch) 합성으로부터의 혼합물, 부탄의 탈수소화로부터의 혼합물, 및 복분해에 의해 또는 다른 산업 공정으로부터 형성된 혼합물이 있다. 본 발명에 따른 공정에 적합한 선형 부텐의 혼합물은 예를 들어 스팀 크래커의 C4-분획으로부터 수득가능하다. 여기에서는 제1 단계에서 부타디엔이 제거된다. 이는 부타디엔의 추출 (증류) 또는 그의 선택적 수소화 중 어느 하나에 의해 수행된다. 양 경우에서 사실상 부타디엔-비함유 C4-컷(cut)인 소위 라피네이트(raffinate) I이 수득된다. 제2 단계에서는, 예를 들어 메탄올과의 반응에 의한 MTBE의 생성에 의해 이소부텐이 C4-스트림으로부터 제거된다. 이제 이소부텐-비함유 및 부타디엔-비함유 C4-컷인 소외 라피네이트 II는 선형 부텐 및 임의의 부탄들을 함유한다. 수득되는 1-부텐의 적어도 일부가 그로부터 제거될 경우, 소위 라피네이트 III가 수득된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에서, C4-올레핀-함유 스트림이 공급 혼합물로서 공급된다. C4-올레핀을 함유하는 적합한 물질 스트림은 특히 라피네이트 I, 라피네이트 II 및 라피네이트 III이다.
올리고머화에 적합한 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있는 모든 반응기, 예를 들어 관형 반응기, 관다발 반응기, 침강기-부상기 반응기, 슬러리 반응기가 각 반응 단계에 반응기로서 사용될 수 있다. 바람직한 것은 관형 반응기 및/또는 관다발 반응기이다. 반응 단계가 2개 이상의 반응기를 포함하는 경우, 반응기들은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 반응 단계의 반응기들은 그의 구조 또는 그의 배열구조에 있어서도 다를 수 있다. 예를 들어, 반응 단계의 제1 반응기는 동일한 반응 단계의 이후 반응기에 비해 더 큰 부피를 가질 수 있다. 2개 이상의 반응 단계가 존재한다는 전제하에, 개별 반응 단계들의 반응기들이 동일하거나 서로 다른 것 역시 가능하다. 여기에서는 개별 반응 단계들의 반응기들이 그의 구조 또는 그의 배열구조에 있어서 다른 것 역시 가능하다. 예를 들어, 제1 반응 단계의 반응기는 하류 반응 단계의 하나의 반응기 또는 모든 반응기에 비해 더 큰 부피를 가질 수 있다.
개별 반응 단계의 하나의 반응기 또는 반응기들은 각 경우 올리고머화를 수행하기 위한 올리고머화 촉매, 특히 불균질 올리고머화 촉매를 함유한다. 이와 같은 경우에서 올리고머화 촉매는 특히 과립, 압출물의 형태 또는 정제 형태로 존재한다.
반응 단계 개별 반응기들에서의 상기 (불균질) 올리고머화 촉매는 각각 서로 독립적으로 전이 금속-함유 올리고머화 촉매에서 선택될 수 있다. 사용되는 전이 금속 또는 적절한 전이 금속 화합물은 바람직하게는 산화알루미늄, 이산화규소 또는 알루미노실리케이트를 함유하는 지지체 물질, 바람직하게는 알루미노실리케이트 지지체 물질상에 배열된다. 니켈, 코발트, 크로뮴, 티타늄 및 탄탈럼의 화합물이 본 발명에 따라 사용되는 올리고머화 촉매를 위한 전이 금속 화합물로서 특히 적합하다. 바람직한 것은 니켈 및 코발트 화합물이며, 특히 바람직한 것은 니켈 화합물이다.
본 발명에 있어서, 본 발명에 따른 올리고머화 촉매는 니켈 화합물, 바람직하게는 산화니켈, 그리고 산화알루미늄, 이산화규소 또는 알루미노실리케이트, 바람직하게는 알루미노실리케이트를 함유하거나 그것으로 이루어진 지지체 물질을 포함한다. 상기 지지체 물질은 바람직하게는 X-선 무정형 중간다공성 알루미노실리케이트, 결정질 미세다공성 알루미노실리케이트, 또는 무정형 및 결정질 상을 갖는 알루미노실리케이트이다. 본 발명의 문맥상, "무정형"은 고체가 결정 구조를 가지지 않는다는, 즉 장거리 질서(long-range order)를 갖지는 않는다는 사실에 기인하는 고체의 특성을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 본 발명의 문맥상, 무정형 알루미노실리케이트가 작은 결정질 도메인을 포함하는 것이 배제될 수는 없다.
또한 본 발명에 있어서 바람직하게는, 올리고머화 촉매는 NiO 15 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 15 중량% 내지 30 중량%, Al2O3 5 중량% 내지 30 중량%, SiO2 55 중량% 내지 80 중량% 및 알칼리 금속 산화물, 바람직하게는 산화나트륨 0.01 중량% 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 2 중량%의 조성을 갖는다. 상기 숫자들은 전체 조성 100 중량%를 기준으로 한다. 본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 올리고머화 촉매에는 이산화티타늄 및/또는 이산화지르코늄이 실질적으로 없는데, 올리고머화 촉매는 특히 그의 전체 조성의 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 중량% 미만, 특히 바람직하게는 0.01 중량% 미만의 이산화티타늄 및/또는 이산화지르코늄을 포함한다.
올리고머화 촉매는 바람직하게는 150 내지 700 m2/g, 더욱 바람직하게는 190 내지 600 m2/g, 특히 바람직하게는 220 내지 550 m2/g의 비표면적 (BET에 따라 계산됨)을 갖는다. BET 표면적은 DIN ISO 9277 (2014-01 버전)에 따른 질소 물리흡착에 의해 측정된다.
하나의 반응 단계 또는 2개 이상의 반응 단계에 2개 이상의 반응기들이 존재하는 경우, 자연적으로 2종 이상의 올리고머화 촉매가 존재하기도 한다. 반응 단계의 개별 반응기에 존재하는 올리고머화 촉매들은 각 경우 서로 독립적으로 상기언급된 물질들에서 선택될 수 있다. 본원에서 반응기 내 개별 올리고머화 촉매들이 항상 정확히 동일하지는 않으며, 조성에 있어서 가능하게는 단지 제한된 정도로 서로 상이할 수 있다. 이는 또한 각 반응기가 본 발명에 따른 방법이 처음에 출발되는 시점에는 완전히 동일한 촉매 조성물을 함유함에도 불구하고, 그와 같은 조성물이 수년에 걸쳐 다양한 효과의 결과로 작업 중에 시간 경과에 따라 변화한다는 사실에 기인한다.
올리고머화 촉매는, 지지체 물질이 전이 금속 화합물, 특히 니켈 화합물의 용액으로 충전되고, 이어서 하소되는 공지된 함침 과정, 또는 전체 촉매 조성물이 단일의, 주로 수성 용액으로부터 침전되는 공동침전에 의해 제조될 수 있다. 올리고머화 촉매는 관련 기술분야 통상의 기술자에게 친숙한 다른 공정에 의해서도 제조될 수 있다.
올리고머화는 존재하는 각 반응 단계에서 50 내지 200℃, 바람직하게는 60 내지 180℃의 범위, 바람직하게는 60 내지 130℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 존재하는 각 반응 단계의 압력은 10 내지 70 bar, 바람직하게는 20 내지 55 bar일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 올리고머화는 각 반응 단계에서 액체 상으로 수행된다. 올리고머화가 액체 상에서 수행되어야 하는 경우, 압력 및 온도 파라미터는 이에 맞추어 반응물 스트림 (사용되는 올레핀 또는 올레핀 혼합물)이 액체 상으로 존재하도록 선택되어야 한다.
중량-기반 공간 속도 (단위 시간 당 단위 촉매 질량 당 반응물 질량; 중량 시간 당 공간 속도 (WHSV))는 1 반응물g/촉매g/h (즉 1h-1) 내지 190h-1, 바람직하게는 2h-1 내지 35h-1, 특히 바람직하게는 3h-1 내지 25h-1의 범위이다.
특히 지지체 물질상 니켈 화합물, 바람직하게는 산화니켈을 포함하는 촉매를 사용하는 경우, 전환된 반응물을 기준으로 한 올리고머화 후의 이량체화 정도 ("이량체화 기준 %선택성"으로도 지칭됨)는 적어도 60%, 더욱 바람직하게는 적어도 75%, 특히 바람직하게는 적어도 80%이다.
올리고머화 생성물 또는 형성된 이량체의 선형도는 ISO 지수로 기술되며, 이량체 중 평균 메틸 분지 수의 값을 나타낸다. 예를 들어, (반응물로서의 부텐의 경우), C8 분획의 ISO 지수에 대하여, n-옥텐은 0을 기여하며, 메틸헵텐은 1을 기여하고, 디메틸헥센은 2를 기여한다. ISO 지수가 낮을수록, 각 분획에서의 분자의 구조는 더 선형이다. ISO 지수는 하기 일반 수학식에 따라 계산되며, 여기서, 개별 이량체 분획의 비율은 전체 이량체 분획을 기준으로 한다.
<수학식>
Figure pat00001
따라서, 1.0의 ISO 지수를 갖는 이량체 혼합물은 이량체 분자 당 정확하게 평균 1개의 메틸 분지를 갖는다.
본 발명에 따른 올리고머화 방법으로부터의 생성물의 ISO 지수는 바람직하게는 0.8 내지 1.2, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.15이다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 올리고머는 특히 알데히드, 알콜 및 카르복실산을 제조하는 데에 이용된다. 따라서, 예를 들어 선형 부텐의 이량체화물은 히드로포르밀화에 의해 노난알 혼합물을 산출한다. 이는 산화에 의해 상응하는 카르복실산 또는 수소화에 의해 C9-알콜 혼합물을 제공한다. 상기 C9-산 혼합물은 윤활제 또는 건조제를 제조하는 데에 사용될 수 있다. C9-알콜 혼합물은 가소제, 특히 디노닐 프탈레이트 또는 DINCH의 제조를 위한 전구체이다.
[ 실시예 ]
실시예 1 (본 발명):
하기의 치수를 갖는 실질적으로 등온인 관형 반응기에서 올리고머화를 재작업하였다: 길이 2.0 m, 내부 직경 6 mm. 온도조절을 위하여 온도조절장치 내에 반응기를 두었다. 사용된 열 전달장치는 사솔(Sasol) 사의 말로섬(Marlotherm) 제품이었다. 사용된 촉매는, WO2011/000697A1호의 실시예 1에 따라 제조되었으며 동일 공개의 실시예 4에 따라 후-처리된 물질 12.6 g이었다.
30 bar의 절대 압력 및 80℃의 온도에서 액체 상으로 반응을 수행하였다. 1 kg/h의, 하기의 성분들을 함유하는 C4-탄화수소 혼합물을 반응기로의 새로운 공급물로 사용하였다:
1-부텐 22.7 중량%
2-부텐 58.4 중량%
이소부텐 0.7 중량%
부탄 18.1 중량%
C8-올레핀 0.1 중량%.
43.9%의 C4 올레핀 전환율을 달성하였으며, 반응기 방출물에서 하기의 올리고머화물 분포가 달성되었다:
C8-올레핀 83.9%
C12-올레핀 12.5%
C16+-올레핀 3.7%.
이는 C8-올레핀 34.4 g/h의 생성물 양에 상응한다.
실시예 2 (본 발명이 아님):
하기의 치수를 갖는 실질적으로 등온인 관형 반응기에서 올리고머화를 재작업하였다: 길이 2.0 m, 내부 직경 6 mm. 온도조절을 위하여 온도조절장치 내에 반응기를 두었다. 사용된 열 전달장치는 사솔 사의 말로섬 제품이었다. 사용된 촉매는, WO2011/000697A1호의 실시예 1에 따라 제조되었으며 동일 공개의 실시예 4에 따라 후-처리된 물질 12.6 g이었다.
30 bar의 절대 압력 및 80℃의 온도에서 액체 상으로 반응을 수행하였다. 1 kg/h의, 하기의 성분들을 함유하는 C4-탄화수소 혼합물을 반응기로의 새로운 공급물로 사용하였다:
1-부텐 22.2 중량%
2-부텐 57.9 중량%
이소부텐 0.6 중량%
부탄 18.2 중량%
C8-올레핀 1.1 중량%.
41.1%의 C4-올레핀 전환율을 달성하였으며, 반응기 방출물에서 하기의 올리고머화물 분포가 달성되었다:
C8-올레핀 83.9%
C12-올레핀 12.4%
C16+-올레핀 3.8%.
이는 C8-올레핀 32.0 g/h의 생성물 양에 상응한다.
반응기로의 공급물에서의 C8-올레핀 함량의 증가는 2.8 퍼센트 포인트만큼의 전환율 감소 및 7%의 C8-올리고머 생성량 감소를 야기한다는 것을 알 수 있었다.
실시예 3 (본 발명):
하기의 치수를 갖는 온도조절이 없는 실질적으로 단열성인 관형 반응기에서 올리고머화를 재작업하였다: 길이 2.0 m, 내부 직경 20.5 mm. 사용된 촉매는, WO2011/000697A1호의 실시예 1에 따라 제조되었으며 동일 공개의 실시예 4에 따라 후-처리된 물질 300 g이었다.
30 bar의 절대 압력 및 90℃의 반응기 공급물 온도에서 액체 상으로 반응을 수행하였다. 1.75 kg/h의, 하기의 성분들을 함유하는 C4-탄화수소 혼합물을 반응기로의 새로운 공급물로 사용하였다:
1-부텐 35.8 중량%
2-부텐 42.4 중량%
이소부텐 0.9 중량%
부탄 20.9 중량%
C8-올레핀 0.0 중량%.
31.7%의 C4-올레핀 전환율을 달성하였으며, 반응기 방출물에서 하기의 올리고머화물 분포가 달성되었다:
C8-올레핀 85.1%
C12-올레핀 12.6%
C16+-올레핀 2.3%.
실시예 4 (본 발명):
조건 및 반응기는 실시예 3의 것에 상응하였다. 하기의 조성을 갖는 C4 혼합물을 사용하였다:
1-부텐 36.0 중량%
2-부텐 43.8 중량%
이소부텐 0.7 중량%
부탄 19.3 중량%
C8-올레핀 0.2 중량% (3.5 g/h에 상응).
31.7%의 C4-올레핀 전환율을 달성하였으며, 반응기 방출물에서 하기의 올리고머화물 분포가 달성되었다:
C8-올레핀 85.0%
C12-올레핀 12.6%
C16+-올레핀 2.4%.
실시예 3과 비교하였을 때, 전환율 감소는 확인할 수 없었다.
실시예 5 (본 발명이 아님):
조건 및 반응기는 실시예 3의 것에 상응하였다. 하기의 조성을 갖는 C4 혼합물을 사용하였다:
1-부텐 36.1 중량%
2-부텐 44.1 중량%
이소부텐 1.2 중량%
부탄 18.0 중량%
C8-올레핀 0.4 중량% (7 g/h에 상응).
30.1%의 C4-올레핀 전환율을 달성하였으며, 반응기 방출물에서 하기의 올리고머화물 분포가 달성되었다:
C8-올레핀 85.0%
C12-올레핀 12.6%
C16+-올레핀 2.4%.
실시예 3과 비교하였을 때, 약간의 전환율 감소가 관찰되었다.
실시예 6 (본 발명이 아님):
조건 및 반응기는 실시예 3의 것에 상응하였다. 하기의 조성을 갖는 C4 혼합물을 사용하였다:
1-부텐 34.3 중량%
2-부텐 44.1 중량%
이소부텐 1.1 중량%
부탄 19.9 중량%
C8-올레핀 0.7 중량% (12 g/h에 상응).
28.8%의 C4-올레핀 전환율을 달성하였으며, 반응기 방출물에서 하기의 올리고머화물 분포가 달성되었다:
C8-올레핀 85.1%
C12-올레핀 12.6%
C16+-올레핀 2.3%.

Claims (13)

  1. C3- 내지 C5-올레핀을 포함하는 공급 혼합물을, 니켈 화합물, 및 산화알루미늄, 이산화규소 또는 알루미노실리케이트를 함유하는 지지체 물질을 포함하는 불균질 올리고머화 촉매를 사용하여 적어도 하나의 반응 단계에서 올리고머화시키고, 여기서 각 경우의 하나의 반응 단계는, 올리고머화물을 형성하는 올리고머화가 수행되는 적어도 하나의 반응기, 및 올리고머화 동안 형성된 올리고머가 잔류 올리고머화물로부터 적어도 부분적으로 분리되는 적어도 하나의 증류 컬럼으로 이루어진 것인, C3- 내지 C5-올레핀의 올리고머화 방법이며,
    올리고머가 분리되어진 잔류 올리고머화물의 적어도 일부가 적어도 하나의 반응 단계의 하나 이상의 반응기(들)로 재순환되며, 재순환되는 잔류 올리고머화물 및 새로운 공급 혼합물의 공급물로 이루어진, 적어도 하나의 반응 단계의 하나 이상의 반응기(들)로의 공급물 중 올리고머의 함량이, 공급물의 전체 조성을 기준으로 0.4 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 C3- 내지 C5-올레핀의 올리고머화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 반응 단계의 하나 이상의 반응기(들)로의 공급물 중 올리고머의 함량이 공급물의 전체 조성을 기준으로 ≤ 0.2 중량%인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 올리고머화 방법이 적어도 2개의 반응 단계에서 수행되며, 여기서 제1 반응 단계의 반응기 또는 반응기들에서 형성된 올리고머는 제1 반응 단계의 증류 컬럼에서 잔류 올리고머화물로부터 분리되고, 잔류 올리고머화물은 부분적으로는 동일한 반응 단계의 반응기(들)로 공급되고, 부분적으로는 다음 반응 단계의 반응기(들)로 공급되는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 올리고머화 촉매의 지지체 물질이 알루미노실리케이트를 포함하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 올리고머화 촉매의 지지체 물질이 알루미노실리케이트로 이루어진 것인 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 불균질 올리고머화 촉매가 NiO 15 내지 40 중량%, Al2O3 5 내지 30 중량%, SiO2 55 내지 80 중량% 및 알칼리 금속 산화물 0.01 내지 2.5 중량%의 조성을 갖는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 올리고머화 촉매가 150 내지 700 m2/g의, BET에 따라 계산된 비표면적을 갖는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 존재하는 각 반응 단계에서의 올리고머화가 50 내지 200℃, 바람직하게는 60 내지 180℃의 범위, 특히 바람직하게는 60 내지 130℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 존재하는 각 반응 단계에서의 올리고머화 압력이 10 내지 70 bar, 바람직하게는 20 내지 55 bar인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, C4-올레핀을 올리고머화하기 위한 방법인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 반응 단계 각각에서의 올리고머화가 액체 상에서 수행되는 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 올리고머화 후의 이량체화 정도가, 전환된 반응물을 기준으로 적어도 60%인 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 올리고머화 동안의 중량 시간 당 공간 속도 (WHSV)가 1 반응물g/촉매g/h, 즉 1h-1 내지 190h-1인 방법.
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