KR20230173647A - 고부가가치 저탄소 화학 제품 합성을 위한 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저탄소 합성 가스로부터 고부가가치 화학 제품을 합성하기 위한 개선된 공정에 대해 기술한다. 일 측면에서, 화학 물질 생산 공정이 제공된다. 이 공정은 다음을 포함한다: 수소 및 일산화탄소를 포함하는 공급원료를 액체 연료 생산 반응기에 공급하고, 상기 액체 연료 생산 반응기는 촉매를 포함하며 제품을 생산하고, 상기 제품은 액체상 및 고체상을 포함하고, 상기 액체상은 C5-C23 탄화수소 및 산소화된 탄화수소를 포함하고, 상기 고체상은 C24-C45 지방족 탄화수소를 포함하며, 상기 액체상은 제품의 51 부피% 내지 99 부피% 인 화학물질 생산 공정.

Description

고부가가치 저탄소 화학 제품 합성을 위한 공정
본 발명은 저탄소 합성 가스로부터 고부가가치 화학 제품을 합성하기 위한 개선된 공정을 기술한다. 공정의 첫 번째 단계는 주로 최소 농도의 왁스(C24+ 탄화수소)와 최대 농도의 노말(normal) 1-알켄을 함유하는 C5-C23 액체 생성물을 생산하는 개선된 촉매를 사용하여 액체 연료 생산(liquid fuel production, LFP) 촉매 반응기에서 합성 가스의 촉매 반응을 포함한다. LFP C5-C23 액체 생성물(liquid products)과 LFP C24+ 고체 생성물은 고부가가치 화학 제품을 생산하기 위해 추가 공정이 이루어진다. 재생 가능 또는 저탄소 공급 원료를 사용할 경우, 이러한 화학 제품은 고부가가치 친환경 합성 화학 제품이라는 추가적인 이점이 있다. 추가 공정은 다음과 같은 여러 공정 단계 중 하나 이상을 포함한다: 1) 증류 및/또는 고체 흡착제를 사용하여 C5-C23 액체 생성물에서 특정 고부가가치 노말 파라핀, 노말 1-올레핀 및 노말 1-하이드록시-알칸 분리; 2) 촉매 올리고머화 반응기에서 C5-C23 액체 생성물을 처리하여 노말 1-올레핀을 윤활유로 전환하고 전환되지 않은 C5-C23 액체 생성물에서 윤활유를 분리하는 공정; 3) 노말 1-올레핀을 노말 1-하이드록시 알칸으로 전환; 및 4) 촉매 수첨 처리(catalytic hydro-processing)를 통해 C5-C23 액체 생성물을 제트 연료로 전환한 다음 수첨 처리된 제품을 제트 연료, 디젤 연료 및 나프타로 증류. 또한 액체 생성물과 고체 생성물 모두의 후처리를 통해 용매, n- 파라핀, 알파 올레핀, 윤활유, 에틸렌 및 프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 고성능 왁스(예: 스키 왁스), 포장, 페인트, 코팅, 화장품, 향료 및 향수, 염료, 플라스틱 수지 생산, 소비재 및 기타 고부가 화학 제품을 포함한 다양한 고부가가치 제품을 제공할 수 있다.
H2와 CO의 혼합물을 합성 가스 또는 합성 가스라고 한다. 합성 가스는 다양한 공급원에서 만들 수 있다. 석탄을 가스화하여 합성 가스를 생산할 수 있고, 천연 가스를 증기 또는 자동 열 개질기 또는 부분 산화 시스템에서 산소로 개질하여 합성 가스를 생산할 수 있으며, 목질 바이오매스, 농업 잔류물 또는 기타 유기물, 도시 폐기물과 같은 바이오매스를 가스화하여 합성 가스를 생산할 수 있다. 열분해 시스템은 바이오매스에서 열분해 오일과 같은 합성 가스 및 기타 제품을 생산하는 데 사용할 수 있다. 수소는 물을 전기 분해하여 생산할 수 있으며, 일산화탄소는 역수성 가스 전환(reverse water gas shift, RWGS) 반응에 의해 이산화탄소와 수소로부터 생산할 수 있다. RWGS 반응은 CO2 수소화라고도 한다.
합성 가스는 액체 연료, 하이드록시 알칸(알코올), 아세트산, 디메틸 에테르, 올레핀 및 기타 여러 화학 제품을 포함한 광범위한 화학 제품을 생산하기 위한 공급 원료로 사용될 수 있다. 합성 가스를 멀리 떨어진 정유소나 화학 처리 공장으로 운송하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 생산 현장에서 직접 생산하여 연료 및/또는 화학 제품으로 전환해야 한다.
일산화탄소를 촉매 수소화하여 메탄에서 중질 탄화수소(C100 이상)에 이르는 경질 가스, 액체 및 왁스를 생산하고 이에 더하여 산소화 탄화수소를 생산하는 것을 일반적으로 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch, F-T) 합성이라고 한다. 기존의 저온(250°C 미만) F-T 공정은 주로 촉매 전환 공정에서 고분자량 F-T 왁스(C24 -C100)를 생산한다. 이러한 F-T 왁스는 일반적으로 전체 탄소 함유 제품의 약 65부피%를 차지한다. 나머지 35부피%는 C5-C23 액체 탄화수소를 포함한다. 이러한 F-T 액체 탄화수소에는 노말 알칸과 소량의 노말 알켄, 노말 하이드록시 알칸(알코올) 및 분지 알칸이 포함된다. C5-C12 범위의 탄화수소는 일반적으로 나프타라고 한다.
F-T 왁스는 디젤, 나프타 및 기타 제품을 생산하기 위해 수소 첨가 분해 및/또는 추가 가공을 거친다. 이 수소 첨가 분해 과정에서 경질 탄화수소도 생산되는데, 이는 실용적인 제품을 생산하기 위해 추가적인 개선이 필요할 수 있다(Ail 등, 2016).
F-T 액체 분획의 가치를 더 높은 가치의 제품으로 향상시키려는 시도가 있었다. 예를 들어, 남아프리카공화국에 위치한 사솔의 F-T 공장에서 경질 올레핀(알켄)을 디젤로 올리고머화하기 위해 UOP의 Cat Poly 공정이 사용되었다. Cat Poly 공정은 고체 인산(solid phosphoric acid, SPA) 촉매를 사용하여 경질 올레핀을 디젤 연료로 전환한다. 그러나 올리고머 제품은 분지성이 높기 때문에 세탄 지수(cetane index)가 낮아서 전체 디젤 연료 사양을 충족하려면 세탄 지수가 높은 디젤과 혼합해야 한다(de Klerk, 2008). 또한 F-T 액체 분획의 올레핀 농도가 낮기 때문에 이 접근법을 사용하는 것이 경제적으로 합리적이지 않다.
Greyrock은 촉매의 작동 조건에 따라 약 95부피%의 C1-C23 액체 탄화수소와 최대 5부피%의 C24-C45 탄화수소(왁스)를 포함하는 탄화수소 제품을 주로 생산하는 혁신적인 촉매를 개발했다(Schuetzle 등, 미국 특허 2013, 2015, 2017, 2018, 2019, 캐나다 특허 2017, 2018). 이 액체 탄화수소 분획은 주로 노말 지방족 탄화수소, 노말 1-알켄 및 노말 1-하이드록시 알칸으로 구성된다.
표 1은 H2/CO 합성 가스 비율과 나프타, 디젤 및 왁스 분획 농도 간의 관계를 요약한 것이다. 나프타 분획은 C5-C8 탄화수소와 C9 탄화수소의 50%를 합한 값(부피%)으로 정의된다. 디젤 분획은 C9 탄화수소 50%와 C10-C23 탄화수소의 합계(부피%)로 정의된다. LFP 고체 제품은 C24-C45 범위의 노말 지방족 탄화수소(알칸)로 구성된다. 표 1에서 볼 수 있듯이, 합성가스 H2/CO 비율이 2.00/1.00에서 0.55/1.00으로 감소함에 따라 나프타 분획의 풍부도(abundance)는 변하지 않는다. 그러나 H2/CO 비율이 감소함에 따라 디젤 분획은 약간 감소하고 왁스 분획은 증가한다.
합성 가스 H 2 /CO 비율 2.00 1.90 1.56 1.08 0.55
액체 연료 성분(부피 %)
나프타(C5-C9) 28.8 29.3 29.3 28.4 28.6
디젤(C9-C23) 66.9 66.5 65.3 64.5 63.5
C24+ 탄화수소 4.3 4.2 5.4 7.1 7.9
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
표 2는 직접 생산된 LFP 액체 생성물에서 H2/CO 비율과 노말 알칸, 분지 알칸(이소 알칸), 노말 1-알켄 및 노말 1-하이드록시 알칸의 분포 사이의 관계를 요약한 것이다(촉매 작동 조건: T: 415 oF; P: 315 psi; SV: 1,750). 0.55의 낮은 H2/CO 비율에서 C5-C16 노말 1-알켄은 4.5 부피%에서 34.8 부피%로 증가한다. 그러나 C3-C12 노말 하이드록시 알칸(2.8-4.3 부피%) 또는 이소 알칸(5.8-8.2 부피%)의 풍부도에는 큰 변화가 없다.
합성 가스 H 2 /CO 비율 2.00 1.90 1.56 1.08 0.55
액체 연료 성분(부피 %)
총 노말 알칸
(C5-C23)		 86.9 84.8 75.9 68.4 52.7
총 이소 알칸
(C5-C23)		 5.8 5.5 7.6 8.0 8.2
총 노말 1-알켄(C5 -C16) 4.5 6.8 12.3 17.4 34.8
총 노말 1-하이드록시 알칸 (C3-C16) 2.8 2.9 4.2 4.8 4.3
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
일반적인 F-T 공정은 주로 전체 C5+ 제품의 약 65부피%와 35부피%를 각각 포함하는 고체 분획물(C24-C100)과 액체 분획물(C5-C23)을 생산하기 때문에(Gruber 등, 2019; Fedou 등, 2020), 이 소량의 액체 분획물을 고부가가치 제품으로 전환할 경제적 인센티브가 없다. 그 결과, 이러한 액체를 고부가가치 제품으로 전환하는 것과 관련된 선행 기술은 거의 없다.
표 3은 일반적인 F-T 공정과 비교하여 이 개선된 LFP 공정을 통해 촉매 전환 합성 가스에서 생성되는 화학 성분의 풍부함을 비교한 것이다. F-T 공정은 각각 평균 약 3.0 및 1.0 부피%의 낮은 농도의 노말 1-알켄과 노말 1-하이드록시 알칸을 생산한다. 따라서 특정 노말 1-알켄과 노말 1-하이드록시 알칸을 액체 분획물에서 분리하는 것은 경제성이 없다.
표 3은 이 개선된 LFP 공정을 사용하여 합성 가스를 전환할 때 생성되는 화학 성분을 비교한 것이다. 이 공정은 약 0.55의 낮은 합성가스 H2/CO 비율을 사용하여 운영되었기 때문에 노말 1-알켄의 생산량이 전체 액체 및 고체 분획의 약 35 부피%로 크게 증가했다. 개선된 LFP 공정의 고체 분획은 노말 알칸(왁스)의 약 8.0 부피%만 생산하지만, 이 왁스는 일반적인 F-T 왁스보다 경제적 가치가 높다.
F-T는 약 30부피%의 노말 알칸을 생산하기 때문에, 이 미량 분획을 고부가가치 제품으로 고도화하는 공정 개발에 대한 기술은 거의 또는 전혀 보고되지 않았다. 대신, 액체와 고체 생성물을 결합하여 고도화시키는 몇 가지 공정이 설명되어 있다.
Farshid 등(2009)은 합성 가스의 F-T 촉매 전환에서 생성물을 응축물(액체) 분획과 중질(고체) 분획으로 분리했다. 연구팀은 탄소 사슬 길이를 줄이기 위해 여러 촉매층을 사용하여 고체 분획을 수소 첨가 분해했다. 그런 다음 이 수소분해에서 나온 생성물을 액체 분획물과 결합했다. 이렇게 결합된 분획물은 전통적인 정유 공정을 통해 연료와 중간 증류액을 생산하기 위해 처리되었다.
Tanaka 등(2015)은 결합된 액체와 고체 분획을 중간 증류액과 왁스 분획으로 증류하는 방법을 설명한다. 그런 다음 중간 증류액 분획을 두 번째 중간 증류액과 경질 증류액 분획으로 증류했다. F-T 중간 증류액은 저농도의 노말 1-알켄과 노말 1-하이드록시 알칸으로 구성되어 있기 때문에(표 3), 이러한 종류들을 노말 알칸에서 분리하려고 시도하지 않았다.
이와 대조적으로, 이 개선된 LFP 공정은 주로 높은 비율(90 부피% 초과)의 액체 탄화수소를 생산하므로(F-T 공정의 경우 약 35 부피%에 비해) 중질 분획물(예: 왁스)의 처리가 필요하지 않다. 또한, 개선된 LFP 공정의 작동 조건을 쉽게 조정하여 노말 1-알켄을 다량(약 32 부피% 이상) 생산할 수 있다(F-T 공정의 경우 약 3 부피%에 비해)(표 3).
합성가스 변환 기술 노말 알켄 이소-알칸 노말 1-알켄 노말 1-하이드록시 알칸 합계
개선된 LFP 프로세스 부피%
액체 분획 (C5-C23) 49 7 32 4 92
고체 분획 (C24-C45) 8 0 0 0 8
합계 57 7 32 4 100
일반적인 F-T 프로세스(1) 부피%
액체 분획 (C5-C23) 28 3 3 1 35
고체 분획 (C24-C100) 54 11 0 0 65
합계 82 14 3 1 100
US 7,507,326 B1 03/2009 Farshid 등. US 8,394,862 B1 03/2013 Schuetzle 등. US 8,974,660 B1 03/2015 Tanaka 등. US 9,611,145 B1 04/2017 Schuetzle 등. US 9,631,147 B1 04/2017 Schuetzle 등. US 9,896,626 B1 02/2018 Schuetzle 등. US 10,478,806 B1 11/2019 Schuetzle 등. CA 2,936,903 03/2018 Schuetzle 등. CA 2,904,242 12/2017 Schuetzle 등. CA 2,948,235 08/2018 Schuetzle 등.
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본 발명은 촉매가 H2/CO: 2.1, 온도: 415 oF; 압력: 315 psi; 및 시간당 공간 속도: 1,750의 조건 하에서 작동될 때, 주로 75부피% 이상, 80부피% 이상, 90부피% 또는 더 바람직하게는 95부피% 이상의 C5-C23 탄화수소의 혼합물을 생성하는 새로운 촉매를 갖는 촉매 액체 연료 생산(LFP) 반응기에서 합성 가스를 액체 연료로 직접 전환하는 공정에 관한 것으로, C24보다 무거운 탄화수소의 제한된 비율이 25부피% 이하, 20부피% 이하, 10부피% 이하 또는 5부피% 이하인 것이 바람직하다.
LFP 생성물은 디젤 연료 및 나프타보다 경제적 가치가 훨씬 높은 화학 제품을 생산하기 위해 가공된다. 이 공정은 다음과 같은 여러 추가 단계들 중 하나 이상을 포함한다: 1) LFP 생성물로부터 특정 노말 파라핀(또는 n-알칸)의 증류에 의한 분리; 2) LFP 생성물로부터 특정 노말 1-알켄(또는 1-알켄)의 증류에 의한 분리; 3) LFP 생성물로부터 노말 1-하이드록시 알칸의 증류에 의한 분리; 4) LFP 생성물 내의 올레핀을 노말 하이드록시-알칸으로 촉매 수화; 및 (5) LFP 생성물 내의 올레핀을 윤활제로 촉매 올리고머화. 본 발명의 일부 실시예는 이러한 5가지 공정 단계의 조합을 포함한다. LFP 생성물은 간단히 LFP 나프타 및 LFP 디젤 제품으로 증류할 수 있다.
표 4는 잠재적 LFP 화학 제품의 상업적 가치(2020년 4분기)로, 본 명세서에 설명된 대로 생산할 수 있는 일부 특정 화학 제품과 비교한 LFP 나프타 및 LFP 디젤의 상업적 가치를 요약한 것이다. 이러한 상업적 가치는 변경될 수 있으며 RINs, LCFS 또는 기타 가능한 환경 크레딧을 포함한 저탄소 크레딧과 같은 규제 인센티브는 포함되지 않는다.
LFP 나프타 및 LFP 디젤은 서부 텍사스산 중질유(West Texas Intermediate, WTI) 원유 가격에서 볼 수 있듯이 원유와 유사한 상업적 가치를 지니고 있다. 표 4는 본 명세서에 설명된 대로 LFP 제품에서 생산할 수 있는 다른 가능한 제품의 상업적 가치도 제공한다. 표 4의 두 번째 열은 다양한 제품의 가격과 WTI 원유 가격의 비율을 보여준다. 표에서 볼 수 있듯이 표에 나열된 다른 모든 제품의 현재 상업적 가치는 LFP 제품인 LFP 나프타 및 LFP 디젤보다 최대 약 280배 높다.
화학 제품 $USD/MT (1) 가치 비율(원유 대비) 용도
WTI 원유 289 1.00 화학 및 연료 공급 원료
LFP 나프타 323 1.12 화학 및 연료 공급 원료
LFP 디젤 385 1.33 디젤 엔진 연료
1-부탄올 800-2,400 (2) 2.77-8.30 풍미 및 향료
1-펜타놀 30,000-60,000 (2) 103.8-207.6 풍미 및 향료
1-헥사놀 5,600-14,800 (2) 19.4-51.2 풍미 및 향료
1-헵탄올 10,000-50,000 (2) 34.6-173.0 풍미 및 향료
1-옥탄올 20,000-80,000 (2) 69.2-276.8 풍미 및 향료
1-헥센 10,000-30,000 (2) 34.6-103.8 염료 중간체; 플라스틱 수지 생산; 향료
미네랄 스피릿 2,850 (3) 9.86 페인트 희석제, 페인트 제거제, 접착제 및 코팅제, 탈지제, 숯 라이터 액상
그룹 24cSt 윤활유 22,400 (4) 77.5 압축기, 엔진 및 유압 오일
(1) USD는 미국 달러, MT는 미터톤 = 1000kg이다;
(2) 현재(2021년 11월) 상업적 가치는 인센티브, RINS, LCFS 또는 기타 크레딧이 없는 산업용 등급(순도 98% 이상)의 미터톤 수량에 대해 www.alibaba.com 에서 가져온 것이다.
(3) 이 상업적 가치는 방향족 함량이 1% 미만인 55갤런 수량의 미네랄 스피릿에 대한 것이다(www.chemcentral.com).
(4) 이 상업적 가치는 그룹 23cSt 윤활유 55갤런 수량에 대한 것이다(www.grainger.com).
일반적인 파라핀 분리 실시예에서, 비분획 LFP 생성물은 C5-C23 n-파라핀의 혼합물로 구성된다(표 1). N-파라핀은 산업용 용매로서 경제적 가치가 있다. 예를 들어, n-헵탄은 헥산이나 벤젠 또는 톨루엔보다 환경적으로 더 안전한 용매이다. LFP 반응기는 LFP 나프타에서 1-알켄과 알코올을 소모시키면서 n-파라핀 생산량을 증가시키는 방식으로 작동할 수 있다. 이는 표 2에 설명된 대로 LFP 반응기 공급에서 수소를 일산화탄소로 증가시킴으로써 수행할 수 있다. 헥산의 끓는점은 65℃이고 헵탄의 끓는점은 98℃이므로 LFP 생성물은 증류 컬럼 또는 끓는점 차이를 사용하여 다양한 n-파라핀을 분리하는 일련의 증류 컬럼에서 추가로 가공할 수 있다. 다른 성분의 끓는점도 헵탄과 다르다. 헵탄의 끓는점은 94℃이고 옥탄의 끓는점은 126℃이다. 이러한 방식으로 산업용 등급 n-헵탄은 LFP 액체 생성물에서 제품으로 생산될 수 있다. n-헵탄은 적어도 95부피%, 더 바람직하게는 98부피%보다 크거나, 보다 더 바람직하게는 99부피% 순도를 가질 것이다. 모든 n-파라핀 제품은 분획되지 않은 LFP 액체 생성물을 초과하는 도매 가격을 가지고 있다는 점에 유의해야한다.
노말 1-알켄 분리 실시예에서, LFP 액체 생성물은 표 2에 요약된 바와 같이 1-알켄의 혼합물로 구성된다. LFP 반응기는 n-파라핀을 희생시키면서 1-알켄 생산을 약 34 부피% 이상까지 증가시키는 방식으로 작동할 수 있다. 이는 LFP 반응기 합성 가스 공급에서 일산화탄소에 대한 수소의 비율을 낮춤으로써 이루어지며 온도, 압력 및 유량/가스 시간당 공간 속도에 의해 영향을 받을 수도 있다.
노말 1-하이드록시 알칸 분리 실시예에서, LFP 액체 생성물은 C3-C16 노말 1-하이드록시 알칸의 혼합물로 구성된다. 합성 가스 H2/CO 비율을 줄이면 농도가 2.8에서 4.3으로 증가하지만, 그 농도는 여전히 매우 낮다(표 2). 그러나 표 3에서 볼 수 있듯이 노말 1-하이드록시 알칸의 상업적 가치는 상당히 매력적이다.
노말 1- 하이드록시 알칸 중 일부는 일반적으로 노말 1-알켄보다 상업적 가치가 높기 때문에, 노말 1- 알켄은 촉매 수화에 의해 노말 1-하이드록시 알칸으로 전환될 수 있다. 제올라이트 기판에 함침된 몰리브덴(Molybdenum)과 텅스텐 헤테로 폴리산(tungsten hetero-polyacids)이 이 전환을 위한 촉매로 사용된다. 반응은 약 300psi 및 약 550oF에서 높은 선택성으로 진행된다.
다른 실시예에서, 노말 1-알켄은 합성 윤활유로 전환된다. 이는 촉매 올리고머화를 사용하여 미분획 LFP 제품 내의 노말 1-알켄을 다양한 종류의 합성 윤활유로 전환함으로써 수행된다. 올리고머화 공정의 작동 조건을 변경하여 다양한 점도의 윤활유를 생산할 수 있다. 윤활유는 증류를 통해 변환되지 않은 연료에서 쉽게 분리된다.
도 1은 LFP 공정 왁스의 노말 탄화수소 분포를 보여준다.
도 2는 LFP 액체 생성물에서 노말 알칸(파라핀), 노말 1-알켄 및 노말 1-하이드록시 알칸의 분포를 보여준다. 파라핀은 세 그룹에서 가장 높은 선이고, 노말 1-알켄은 중간 길이의 선이며, 1-하이드록시 알칸은 가장 짧은 선이다.
본 발명은 주로 C5-C23 탄화수소(본 명세서에서는 LFP 제품이라고 함)의 혼합물을 생산하지만 분자량이 C24보다 큰 탄화수소가 약 10부피% 미만, 바람직하게는 약 5부피% 미만인 새로운 촉매를 사용하는 촉매 액체 연료 생산(LFP) 반응기에서 합성 가스를 액체 연료로 직접 전환하는 공정에 관한 것이다. 생산물 선택성은 플랜트 운영 조건과 시장 오프-테이크 기회(market off-take opportunities)에 따라 조정할 수 있다.
일 실시예에서, 합성 가스는 포집된 이산화탄소를 합성 가스로 전환하는 공정 또는 바이오 가스를 합성 가스로 전환하는 공정 또는 다른 저탄소 물질을 합성 가스로 전환하는 공정에서 유래된 저탄소 합성 가스 또는 가스화에 의해 바이오 매스 또는 기타 재생 가능한 소스를 전환하여 유래된 저탄소 합성 가스이다. 본 실시예에서, 합성 가스는 이산화탄소와 수소를 일산화탄소와 물로 전환하기 위해 촉매 RWGS 반응을 사용하여 생성된다. 수소는 물의 전기분해를 포함하여 다양한 공급원에서 생산될 수 있다. 냉각하여 수분을 제거한 후 원하는 건조 합성 가스(예시: syngas)는 CO와 전환되지 않은 H2 및 CO2로 구성된다.
본 발명의 일 실시예는 액체 연료 생산(LFP) 반응기 시스템을 포함한다. 이는 탄화수소 합성 단계(hydrocarbon synthesis step)라고도 한다. LFP 반응기는 주로 CO와 H2를 액체 연료 및/또는 화학 물질로 사용할 수 있는 C5-C23 탄화수소로 변환한다.
LFP 반응기는 다중 튜브형 고정층 반응기 시스템(multi-tubular fixed bed reactor system)이다. 각 LFP 반응기 튜브의 직경은 13mm에서 26mm 사이일 수 있다. 원자로 튜브의 길이는 일반적으로 길이가 6미터 이상이며, 더 바람직하게는 길이가 10미터 이상이다. LFP 반응기는 일반적으로 수직 방향이며 LFP 반응기 공급물은 LFP 반응기 상단에 들어간다. 그러나 일부 상황에서는 수평 방향도 가능하며, 높이 제한이 있는 일부 상황에서는 원자로를 비스듬히 설정하는 것이 유리할 수도 있다. LFP 반응기 튜브 길이의 대부분은 LFP 촉매로 채워져 있다. LFP 촉매는 실리카 또는 알루미나와 같은 희석제와 혼합되어 LFP 반응기 튜브 안팎으로 LFP 반응기 공급을 분배하고 열 프로파일을 제어하는 데 도움이 될 수도 있다. LFP 반응기에서 일어나는 화학 반응은 5~23개의 탄소(C3-C23 탄화수소)와 물로 구성된 액체 탄화수소 생성물로 구성된 LFP 생성 가스를 생성한다. LFP 반응기 공급에 포함된 일산화탄소의 2% 미만이 LFP 반응기에서 이산화탄소로 전환된다. 또한 LFP 반응기 공급에 포함된 일산화탄소의 제한된 양만 탄소 번호가 C24보다 큰 탄화수소로 전환되는 것이 중요하다.
그러나, 본 발명의 실시예에서 사용되는 LFP 촉매는 주로 C24-C100 탄화수소의 약 65부피%를 생산하는 일반적인 피셔 트롭쉬(F-T) 공정에 비해 최소 농도의 C24+ 탄화수소(25 부피% 미만, 10 부피% 미만, 바람직하게는 약 5 부피% 미만)를 갖는 C5-C23 탄화수소를 생산한다. 일반적인 F-T 공정에서 왁스(waxes)는 종종 C100을 초과할 수 있다. LFP 촉매는 알루미나, 실리카, 티타니아, 활성탄, 탄소 나노튜브, 제올라이트 또는 충분한 크기, 모양, 기공 직경, 표면적, 분쇄 강도, 유효 펠릿 반경 또는 이들의 혼합물 그룹 중에서 선택된 금속 산화물 지지체(metal oxide support) 위에 지지된다. 촉매는 3개, 4개 또는 5개 로브가 있는 다양한 모양의 다양한 로브 지지체(lobed supports)를 가질 수 있으며, 2개 이상의 로브가 다른 2개의 짧은 로브보다 길고 긴 로브는 모두 대칭을 이룬다. 지지체의 중간 지점 또는 각 로브의 중간 지점으로부터의 거리를 유효 펠릿 반경이라고 하며, 이는 C5 ~ C23 탄화수소에 대한 원하는 선택성을 달성하는 데 중요한 매개 변수이다. LFP 촉매 프로모터는 세륨, 루테늄, 란탄, 백금, 레늄, 금, 은, 니켈 또는 로듐 중 하나를 포함할 수 있다. 이러한 프로모터는 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용할 수 있다. LFP 촉매 프로모터는 전체 촉매의 1 중량% 미만이고, 바람직하게는 0.5 중량% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 미만이다.
LFP 촉매 지지체(LFP catalyst support)는 기공 직경(pore diameter)이 8나노미터(nm) 이상, 평균 유효 펠릿 반경이 60마이크로미터(um) 미만, 분쇄 강도(crush strength)가 3 lbs./mm 이상, BET 표면적이 150m2/g 이상이다. 금속 함침 후 촉매는 약 4%의 금속 분산도를 갖는다.
LFP 고정층 반응기(LFP fixed bed reactor)는 C5-C23 탄화수소 및 산소화 탄화수소 수율을 극대화하는 방식으로 작동된다. 일 실시예의 LFP 반응기는 11.4~32.0bar(150~450psig) 범위의 압력에서 작동하며, 보다 일반적으로 300~350psi에서 작동한다. 반응기는 177℃(350℉) ~ 238℃ (460℉)의 온도 범위에서 작동하며, 보다 일반적으로 약 210℃(410℉)에서 작동한다. 촉매 반응은 발열 반응이기 때문에 반응기 튜브 다발이 LFP 반응기 튜브 외부에 물이 있는 열교환기에 배치되어 반응기 내부의 온도가 유지된다. 증기 압력은 원자로의 쉘 쪽에서 제어되며 온도는 LFP 반응 온도보다 낮은 온도로 유지되어 LFP 원자로 튜브에서 더 낮은 온도의 증기로 열이 흐르도록 한다. 증기 온도는 일반적으로 포화 증기인 증기의 압력의 유지를 통해서 유지된다.
다른 실시예에서, LFP 반응기는 다운스트림 올리고머화 반응기(downstream oligomerization reactor)에서 사용하기 위해 노말 1-알켄 생산을 최대화하는 모드에서 작동된다. LFP 반응기는 일반적으로 1.7~2.2의 H2/CO 비율(vol/vol)과 210℃(410μ에 가까운 온도 사이에서 작동되지만, 앞서 표 2에 요약된 대로 H2/CO 비율을 줄임으로써 LFP 생성물의 노말 1-올레핀 분획을 증가시킬 수 있다. 더 낮은 H2/CO 비율로 작동하면 노말 1-알켄의 농도가 크게 증가하지만 C24+ 탄화수소(왁스)도 약 4에서 8부피%로 증가한다(표 2). 뒷부분에서 자세히 설명하겠지만, 도 1에서 볼 수 있듯이 이 왁스는 주로 C24-C40 일반 지방족 탄화수소로 구성된 가벼운 결정성 왁스(light crystalline wax)이다.
이 가벼운 결정성 왁스는 기존의 F-T 공정에서 생산되는 무거운 비결정성 왁스와는 매우 다르다. 이러한 결정성 왁스는 일반적으로 스키, 자동차, 가구용 왁스 및 기타 제품으로 사용되기 때문에 프리미엄 가치가 높다.
LFP 반응기의 작동은 210℃(410μ)와 221℃(430μ) 사이에서 잠재적으로 온도를 약간 높이고 H2/CO 비율을 0.50/1.00(표 2)까지 낮추어 다운스트림 올리고머화 반응기에서 사용할 수 있는 최대 노말 1-올레핀 공급 원료를 생성하는 균형을 유지해야 한다.
LFP 반응기의 CO 전환은 패스당 40~60 부피% CO로 유지된다. CO는 추가 변환을 위해 재활용하거나 다운스트림의 추가 LFP 반응기로 보낼 수 있다. CO2에 대한 탄소 선택성은 전환된 CO의 4% 미만으로 최소화되며, 더 바람직하게는 1% 미만으로 최소화된다. C5-C24 탄화수소에 대한 탄소 선택성은 60~85%이다. LFP 제품에는 원하는 C5-C24 액체 지방족 탄화수소 및 산소화 탄화수소뿐만 아니라 미반응 일산화탄소, 수소, 소량의 C1-C4 기체상 탄화수소 및 소량의 C24+ 탄화수소가 포함되어 있다.
원하는 C5-C23 액체 탄화수소를 포함하는 LFP 반응기 생성물은 분리 시스템에서 추가로 처리할 수 있다. 분리 시스템에는 증류가 포함될 수 있다. 원하는 C5-C23 제품은 가솔린 블렌드 스톡, 디젤 연료, 제트 연료에 사용되거나 석유 또는 천연 가스에서 파생된 화학 물질을 대체할 수 있는 저탄소 화학 물질로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, LFP 제품은 일련의 분별기(fractionators)로 보내져 인화점이 38-54°C(100-130°F) 사이에서 조절 가능한 고세탄 디젤 연료와 안정화된 나프타(잠재적으로 가솔린 혼합 원료 또는 화학 공급 원료)를 생성하는 데 사용된다. 이러한 컬럼의 기본 배열은 다음과 같다:
A) 왁스 스트리퍼(Wax Stripper) - 이 장치는 증기를 사용하여 왁스 C24+ 재료에서 연료 범위 성분을 회수한다. 오버헤드 연료 범위 성분과 증기는 주 분별기로 보내지고 제거된 왁스는 가열 저장소로 보내진다. 왁스 스트리퍼는 응축기나 재보일러가 없는 컬럼으로, 약 170°C(340°F)에서 작동하며 오버헤드 증기가 주 분별기 컬럼으로 들어가기에 충분한 압력인 40psig로 작동한다.
B) 주 분별기(Main Fractionator)- 이 컬럼은 원 연료를 나프타 및 디젤 범위 성분으로 분할하여 디젤 인화점을 제어한다. 이 컬럼에는 고압(high pressure, HP) 증기 가열 재보일러와 왁스 스트리퍼 공급에서 흡수된 물과 증기를 제거하기 위한 3상 분리 기능이 있는 외부 응축기가 포함되어 있다.
C) 선택적 나프타 안정기(Optional Naphtha Stabilizer)- 이 공정은 리드 증기압(Reid vapor pressure, RVP)을 8psia 사양으로 제어한다. 이 안정기에는 저압(low pressure, LP) 증기 재보일러와 통합형 녹백 수냉식 콘덴서(integrated knock-back, water-cooled condenser)가 포함된다.
D) 선택적 디젤 콜드 플로우/등유 진공 컬럼(Optional Diesel Cold-Flow/Kerosene Vacuum Column)- 이 공정은 추운 기후에서의 판매를 위해 디젤 주입점을 조정하거나 등유 컷을 생산하는 데 사용된다. 공급물(feed)은 300°C(570°F)까지 가열된다. 컬럼은 20단이며 오버헤드 콘덴서 압력은 6psia이다. 등유 컷은 제트 연료 성분으로 사용될 수 있다. 특정 조건에서 등유 컷(kerosene cut)은 제트 연료로 사용하기 위한 ASTM 사양(ASTM D7566)을 충족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, LFP 액체 생성물의 등유 컷은 제트 연료로 사용하기 위한 ASTM D7566 사양을 모두 충족시키지 못하며, 제트 연료로 사용하기 위한 사양을 충족시키기 위해 LFP 액체 생성물 또는 LFP 등유 또는 LFP 경유와 같은 LFP 액체 생성물의 분획을 경수소이성질화(light hydro-isomerization)해야 할 수 있다. LFP 액체 생성물 또는 생성물의 일부가 가압되어 수소를 포함하는 스트림과 혼합된다. 수소는 물의 전기분해 또는 천연가스 개질, 폐기물 또는 바이오매스의 가스화 또는 기타 저탄소 수소 생산 방법을 통해 생산할 수 있다.
그 후 수소와 LFP 액체 생성물의 적어도 일부를 포함하는 결합 스트림이 가열되어 수소 이성질화 반응기로 공급된다. 수소 이성질화 반응기는 100psig 이상이지만 일반적으로 2,000psig 미만의 고압에서 작동한다. 수소 이성질화 반응기는 250 ℃~ 400 ℃의 온도에서 작동한다. 수소 이성질화 반응기에서 나온 제품은 냉각된 후 고온 분리기로 들어가 기체와 액체가 고온 및 저온 분리기에서 분리된다.
고온 및 저온 분리기에서 나온 탄화수소 생성물은 분별 섹션으로 보내져 경질유와 탄화수소 생성물이 분리된다. 이 분별 시스템에는 왁스 스트리퍼와 주 분별기, 나프타 안정제 및 등유 진공 컬럼이 포함될 수 있다. 분별기는 등유 스트림이 ASTM D7566의 사양을 충족하는 방식으로 작동한다.
본 발명의 일 실시예에서, LFP 액체 생성물의 경제적 가치는 다음을 포함하는 적어도 하나의 수단에 의해 증가된다: 1) 분리된 스트림이 적어도 70부피%, 적어도 80부피%, 또는 더 바람직하게는 적어도 95부피%의 개별 n-파라핀(예를 들어, n-헵탄)을 포함하는 LFP 액체 생성물로부터 스트림을 분리하는 단계; 2) 분리된 스트림이 적어도 70부피%, 적어도 80부피%, 또는 더 바람직하게는 적어도 95부피%의 특정 노말 알파-알켄을 포함하는 LFP 액체 생성물로부터 스트림을 분리하는 단계; 3) 분리된 스트림이 적어도 70부피%, 적어도 80부피%, 더 바람직하게는 적어도 95부피%의 특정 노말 하이드록시-알칸을 포함하는 LFP 액체 생성물로부터 스트림을 분리하는 단계; 4) 액체 생성물 내의 올레핀의 적어도 일부가 점도 지수가 적어도 80, 더 바람직하게는 적어도 95를 갖는 윤활유 또는 기타 탄화수소 제품으로 전환되는 올리고머화 반응기에서 LFP 액체 생성물을 추가 처리하는 단계.
본 발명의 일 실시예에서, LFP 반응기는 LFP 액체 생성물에서 노말 1-알켄 및 노말 1-하이드록시 알칸을 소비시키면서 n-파라핀 생산을 증가시키는 방식으로 작동될 수 있다. 이는 LFP 반응기 공급에서 수소를 일산화탄소로 증가시킴으로써 수행될 수 있다. LFP 액체 생성물은 끓는점 차이를 사용하여 다양한 n-파라핀을 분리하는 증류탑 또는 두 개의 증류탑에서 추가로 처리할 수 있다. 예를 들어, 헥산의 끓는점은 65℃, 헵탄의 끓는점은 98℃이다. LFP 액체 생성물에서 가능한 다른 물질의 끓는점도 헵탄 또는 기타 원하는 생성물과 다르다. 헵탄의 끓는점은 94℃이고 옥탄의 끓는점은 126℃이다. 이러한 방식으로 산업용 등급 n-헵탄은 LFP 액체 제품에서 제품으로 생산될 수 있다. n-헵탄은 바람직하게는 95부피%보다 큰 순도, 더 바람직하게는 98부피%, 더 바람직하게는 99부피%보다 큰 순도를 가질 것이다. 다른 n-파라핀 생성물(예를 들어, n-헥산, n-옥탄, n-노난, n-펜탄, n-데칸)도 동일한 바람직한 순도로 유사하게 생산될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, LFP 액체 생성물은 노말 1-알켄의 혼합물을 함유한다. LFP 반응기는 n-파라핀을 소비하면서 1-알켄 생산을 증가시키는 방식으로 작동될 수 있다. 이는 LFP 반응기 합성 가스 공급에서 수소 대 일산화탄소 비율을 줄임으로써 수행된다(표 2). 분리된 스트림이 특정 노말 1-알켄의 95부피% 이상, 바람직하게는 98 부피%의 특정 1-알켄, 더 바람직하게는 99 부피%의 특정 노말 1-알켄으로 구성된 LFP 액체 생성물에서 스트림을 분리함으로써 LFP 액체 생성물의 경제적 가치가 증가한다. 이러한 분리는 다양한 LFP 액체 생성물 성분의 정상 끓는점 차이에 기초한 증류에 의해 수행된다. 이러한 방식으로 다양한 C5-C16 노말 1-알켄을 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, LFP 액체 생성물은 올리고머화 반응기에서 촉매로 전환된다. 올리고머화 반응기는 세류층(trickle bed)으로 작동하는 고정층 관형 촉매 반응기 시스템(fixed bed tubular catalytic reactor system)이다. 일반적으로 반응기는 수직 방향이다. 알루미나 볼(alumina balls) 또는 정적 혼합기(static mixers)와 같은 불활성 물질을 반응기 입구에 사용하여 촉매층 전체에 액체 공급 원료가 고르게 분포되도록 할 수 있다. LFP 액체 생성물의 노말 1-알켄은 올리고머화 반응기에서 더 긴 사슬 탄화수소로 올리고머화된다. LFP 액체 생성물의 노말 하이드록시 알칸 중 적어도 일부는 올리고머화 반응기에서도 전환된다. 올리고머화 반응기는 고분자량 탄화수소의 혼합물을 생성한다. 올리고머화 생성물은 이후 분리 장치에서 여러 제품으로 분리된다. 본 발명에서, LFP 액체 생성물의 올레핀은 끓는점이 343-510℃(650-950℉)인 윤활유로 올리고머화된다.
본 발명에서 사용할 수 있는 올리고머화 촉매는 여러 가지가 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 촉매는 실리카 기판 상에 함침된 크롬이다. 촉매는 0.5 내지 5.0 중량%의 크롬을 가지며, 총 촉매 중량 대비 약 1.0 중량%의 크롬이 바람직한 로딩이다. 실리카 지지체는 큰 기공의 실리카겔로 구성된다. 촉매는 800℃ 에서 16시간 동안 공기 중에서 소성(calcine)된다. 촉매는 올리고머화 반응기에서 사용하기 전에 여러 가지 방법으로 환원될 수 있으며, 촉매는 300℃ 에서 1.5시간 동안 CO로 환원될 수 있다. 촉매는 합성 가스를 사용하여 환원할 수도 있다. 다른 가능한 촉매로는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매 또는 메탈로센(Metallocene) 촉매와 ZSM-5 및 기타 실리카-알루미나 물질이 있다.
올리고머화 반응은 발열 반응이다. 반응기의 작동 온도는 120~160℃이다. 반응 온도가 높을수록 윤활 기유의 점도가 낮아지고 윤활유의 점도를 제어하는 도구로 사용할 수 있다. 대기압만큼 낮은 압력도 사용할 수 있지만 18.2~24.5bar(250~350psig)의 작동 압력이 선호된다.
LFP 액체 생성물에서 올레핀의 약 70% 이상, 80% 이상, 또는 더 바람직하게는 90% 이상이 단일 공정에서 윤활유로 전환된다. LFP 액체 생성물 내의 일부 하이드록시 알칸도 윤활유로 전환된다.
올리고머화된 LFP 액체 생성물은 제한된 양의 올레핀 또는 산소산염을 가질 것이며, 일부 실시예에서는 주로 파라핀으로 구성될 것이다. 따라서, 올리고머화된 제품을 특정 노말 파라핀으로 분리하는 것은 노말 1-알켄 및 노말 하이드록시 알칸이 노말 파라핀과 공동 용출될 가능성이 적기 때문에 처리되지 않은 LFP 액체 생성물에서 노말 파라핀을 분리하는 것보다 훨씬 더 용이하다.
일 실시예에서, 올리고머화된 LFP 생성물은 개질 장치(reforming unit)에서 추가 처리된다. 개질 장치는 올리고머화된 LFP 액체 생성물을 합성 가스로 변환한다. 개질 장치는 증기를 사용하여 올리고머화된 LFP 액체 생성물을 합성가스로 전환한다. 이 합성 가스는 LFP 반응기 공급의 일부로 사용할 수 있다.
LFP 촉매를 사용하여 H2/CO가 약 2.0, 온도가 약 410 ℉, 압력이 약 325 psi인 합성 가스를 전환할 때 LFP 액체 생성물은 주로 직쇄 파라핀으로 구성된다(표 2). 일부 실시예에서, 올리고머화 반응은 약간의 분기를 갖는 올리고머화 생성물을 생성한다. 이는 디젤 분획의 저온 유동 특성을 개선한다.
올리고머화 생성물의 또 다른 일부는 윤활제로 구성된다. 윤활유는 일반적으로 끓는점이 343 ℃(650 ℉) 이상인 탄화수소의 혼합물로 구성된다. 이러한 윤활유는 점성 지수(viscosity index, VI)가 높은 폴리알파-올레핀(poly-alpha-olefins, PAO)과 유사한 성질을 가지고 있다. 점도 지수는 윤활유의 동점도의 온도 의존성을 측정한 것으로, 일반적으로 ASTM D2270에 정의된 방법으로 측정한다. VI가 높을수록 점도의 온도 의존성이 낮고 윤활유가 더 잘 작동한다. 윤활유의 VI는 최소 95 이상이어야 한다. 동점도는 ASTM D445의 방법을 사용하여 점도계로 측정할 수 있다. 이러한 윤활유의 동점도(100℃)는 초당 3.0mm2 이상이어야 한다.
특정 동점도를 가진 분획물을 얻기 위해 윤활유 증류를 통한 추가 분리가 필요할 수 있다. 예를 들어 점도 지수가 95이고 동점도(100℃)가 초당 4.5mm2인 윤활유는 증류 컬럼에서 경윤활유와 중윤활유의 두 가지 분획으로 분리될 수 있다. 경윤활유는 끓는점 범위가 343-427 ℃(650-800 ℉)이고, 중윤활유는 끓는점 범위가 427-593 ℃ (800-1100 ℉)이다. 경질 윤활유의 동점도(100℃)는 초당 약 3mm2이고 점도(VI)는 95이다. 무거운 윤활유는 100℃에서 동점도가 초당 약 7mm2이고 VI가 95이다.
실시예
본 명세서에 설명된 일부 실시예에 대한 세부 정보를 제공하는 몇 가지 예시가 아래에 포함되어 있다.
실시예 1. LFP 액체 제품 증류
H2/CO 비율이 1.08인 합성 가스로부터 약 900갤런의 LFP 액체 제품을 다음 촉매 작동 조건을 사용하여 생산했다: T: 415 ℉; P: 315 psi; SV: 1,750. 노말 알칸, 노말 1-알켄 및 노말 1-하이드록시 알칸은 2단계 고효율 증류 공정을 사용하여 LFP 액체 생성물에서 분리되었다. 첫 번째 증류 공정에서는 굿로 스타일(Goodloe Style) 779 디자인의 35피트 수직 스테인리스 스틸 패킹으로 포장된 12인치 증류 컬럼을 사용하였다. 이 첫 번째 증류 시스템은 700갤런의 LFP 액체 제품에서 약 20개의 하위 분획을 생성하는 데 사용되었다. 그런 다음 두 번째 35피트 고효율 증류 시스템을 사용하여 이러한 각 분획을 개별 구성 요소로 분리하였다. 이 2단계 분리 공정의 결과는 표 5에 요약되어 있다. 분리된 노말 알칸, 노말 1-알켄 및 노말 1-하이드록시 알칸은 전체 액체 생성물에서 71.5, 17.4 및 4.8 부피%를 차지한다. 그림 2는 이 공정에서 분리된 제품에 대한 시각적 개요를 제공한다.
탄소수 노말 알칸(갤런) 노말
1-올레핀(갤런) 		노말 1-하이드록시 알칸(갤런)
C5 127.9 26.2 17.1
C6 252.6 78.2 26.0
C7 287.9 113.5 28.0
C8 303.8 117.1 22.7
C9 317.6 102.1 20.4
C10 297.4 97.7 23.6
C11 242.2 57.0 11.0
C12 221.4 40.7 14.5
C13 195.8 29.2 10.2
C14 171.8 20.4 7.9
C15 153.6 14.4 4.3
C16 141.4 10.3 5.6
C17 117.9 8.2 5.1
C18 104.1 6.3 4.0
C19 89.0 5.2 1.5
C20 77.0 3.8 0.8
C21 65.1 2.3 0.6
C22 53.6 1.4 0.5
C23 41.8 0.3 0.0
합계(갤런) 511 121 34
전체 대비 %(1) 71.6 17.4 4.8
실시예 2. 왁스 분획의 구성 및 상업적 용도
LFP 전환 공정의 합성 왁스 제품은 주로 C18-C45 범위에 속하는 일반 지방족 탄화수소로 구성된다(표 6). 이 왁스에는 고리형, 방향족 및 황 화합물이 전혀 포함되어 있지 않으며 올레핀의 농도도 매우 낮다(<1ppm).
이 왁스는 확대하지 않고도 결정을 볼 수 있는 거시 결정 구조를 가지고 있다. 이 왁스는 석유에서 추출한 파라핀의 녹는점 범위와 유사한 115-145 ℉ 범위에서 녹는다(표 6). 그러나 석유 유래 파라핀은 분지 탄화수소(이소 알칸)와 고리형 및 방향족 화합물로 구성되며, 일반적으로 25 중량% 이상을 차지합니다. 이에 비해 이 LFP 왁스는 분지(이소) 파라핀이 2 부피% 미만이고 고리형 또는 방향족 화합물이 포함되어 있지 않으며, 이소 알칸은 노말 알칸보다 산화가 훨씬 쉽기 때문에 산화 안정성도 향상된다.
사솔(Sasol) 및 쉘(Shell) 왁스는 C18-C100 탄화수소로 구성되어 있으며 가공되지 않은 왁스의 녹는점은 115-230 ℉이다. 따라서 사솔 및 쉘 왁스는 판매하기 전에 라이트, 미디엄, 헤비 컷으로 분획해야 한다.
이 LFP 공정 합성 왁스는 이상적인 소재가 될 것으로 예상된다:
1. 균열을 방지하는 고무 첨가제용
2. 스키 및 스노보드 왁싱용
3. 페인트 칠한 가구, 캐비닛 및 벽을 보호용 및 무광택 마감 처리용
4. 금속 주물의 이형제
5. 강철 및 철 표면의 산화 방지용
6. 가죽 방수용

Claims (26)

  1. 수소 및 일산화탄소를 포함하는 공급원료를 액체 연료 생산 반응기에 공급하는 것을 포함하는 화학물질 생산 공정에 있어서,
    상기 액체 연료 생산 반응기는 촉매를 포함하며 제품을 생산하고,
    상기 제품은 액체상 및 고체상을 포함하고,
    상기 액체상은 C5-C23 탄화수소 및 산소화된 탄화수소를 포함하고,
    상기 고체상은 C24-C45 지방족 탄화수소를 포함하며,
    상기 액체상이 제품의 51부피% 내지 99부피%인, 화학물질 생산 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 연료 생산 반응기는 375 내지 450 °F, 150 내지 450 psi 및 750 내지 10000 공간 속도에서 작동되는, 화학물질 생산 공정.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 연료 생산 반응기로 공급되는 일산화탄소에 대한 수소의 부피/부피 비율은 0.5 내지 2.5 범위인, 화학물질 생산 공정.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액체상은 생성물의 95 내지 99 부피%를 포함하고,
    상기 고체상은 생성물의 5 내지 1 부피%를 포함하며,
    상기 액체 연료 생산 반응기는 400 내지420 °F, 300 내지 350 psi, 및 1500 내지 3000 공간 속도에서 작동되는, 화학물질 생산 공정.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액체상은 45 부피% 내지 85 부피%의 C5-C23 지방족 탄화수소를 함유하는, 화학물질 생산 공정.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액체상은 2 부피% 내지 40 부피% 사이의 C5-C16 노말(normal) 1-알켄을 함유하는, 화학물질 생산 공정.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액체상은 1 부피% 내지 8 부피% 사이의 C3-C16 노말(normal) 1-하이드록시 알칸을 포함하는, 화학물질 생산 공정.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고체상은 95 부피% 내지 99 부피% 사이의 노말(normal) 알칸을 포함하는, 화학물질 생산 공정.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액체상에서의 C5-C16 노말(normal) 1-알켄의 농도는 액체 연료 생산 반응기로 공급되는 일산화탄소에 대한 수소의 비율에 의존하고,
    상기 비율이 감소될 때 C5-C16 노말(normal) 1-알켄의 양이 증가되는, 화학물질 생산 공정.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고체상에서의 C24-C45 노말(normal) 지방족 탄화수소의 농도는 액체 연료 생산 반응기로 공급되는 일산화탄소에 대한 수소의 비율에 의존하고,
    상기 비율이 감소될 때 상기 C24-C45 노말(normal) 지방족 탄화수소의 양이 증가되는, 화학물질 생산 공정.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액체 생성물은 3개의 분획으로 증류되고,
    상기 3개의 분획은 C5-C9 탄화수소 및 산소화된 탄화수소를 포함하는 나프타 분획, C9-C23 탄화수소 및 산소화된 탄화수소를 포함하는 디젤 연료 분획, 및 C24-C45 탄화수소를 포함하는 고체상 분획인, 화학물질 생산 공정.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 C5-C23 지방족 탄화수소는 증류 또는 흡착제를 사용하여 분획으로 분리되는, 화학물질 생산 공정.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 C5-C16 노말(normal) 1-알켄은 증류 또는 흡착제를 사용하여 분획으로 분리되는, 화학물질 생산 공정.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 C3-C16 노말(normal) 1-하이드록시 알칸은 증류 또는 흡착제를 사용하여 분획으로 분리되는, 화학물질 생산 공정.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 나프타 분획, 디젤 연료 분획 및 고체상 분획은 각각 95% 내지 99% 사이의 순도를 갖는, 화학물질 생산 공정.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 분획들은 각각 95% 내지 99% 사이의 순도를 갖는, 화학물질 생산 공정.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 분획들은 각각 95% 및 99% 사이의 순도를 갖는, 화학물질 생산 공정.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 분획들은 각각 95% 내지 99% 사이의 순도를 갖는, 화학물질 생산 공정.
  19. 제5항에 있어서,
    상기 액체상의 C5-C16 노말(normal) 알켄은 촉매 수화에 의해 노말(normal) 1-하이드록시 알칸으로 전환되는, 화학물질 생산 공정.
  20. 제6항에 있어서,
    상기 액체상의 노말(normal) 1-하이드록시알칸은 촉매 탈수에 의해 노말(normal) 1-알켄으로 전환되는, 화학물질 생산 공정.
  21. 제5항에 있어서,
    상기 액체상의 C5-C16 노말(normal) 1-알켄은 촉매 올리고머화에 의해 합성 윤활제로 전환되는, 화학물질 생산 공정.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 합성 윤활제의 점도는 촉매 올리고머화의 작동 조건에 따라 달라지는, 화학물질 생산 공정.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 1-하이드록시 알칸은 전환되지 않은 액체상으로부터 분리되는, 화학물질 생산 공정.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 노말(normal) 1-알켄은 전환되지 않은 액체상으로부터 분리되는, 화학물질 생산 공정.
  25. 제3항에 있어서,
    상기 액체 연료 생산 반응기로 공급되는 수소는 재생 가능한 전력을 사용하여 물을 전기 분해하여 생성되는, 화학물질 생산 공정.
  26. 제3항에 있어서,
    상기 액체 연료 생산 반응기로 공급되는 수소 및 일산화탄소는 수소 및 이산화탄소의 촉매 전환으로부터 생성되고, 상기 수소는 재생 가능한 전력을 사용하여 물을 전기분해하여 생성되는, 화학물질 생산 공정.
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