KR870001083B1 - 촉매탈수소화에 의한 이소부틸렌의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

촉매탈수소화에 의한 이소부틸렌의 제조방법

본 발명은 이소부탄의 탈수소화를 위한 탈수소화 구역내에서 열 조절을 유지하기 위한 공정에 관한 것이다.

촉매성 단열공정에 의한 탄화수소의 촉매전환은 공지되어 있다. 이들 공정에 의해 전환되는 탄화수소에는 프로판, n-부탄, 이소부탄, 노르말 및 이소펜탄 등과 같은 저급 파라핀이 있다. 이들 공정에 의해 산출되는 전형적인 생성물에는 프로필렌, 부텐과 부타디엔, 이소부텐, 이소아밀렌과 이소프렌 등이 있다. 순환성 촉매공정에 있어서, 포화된 파라핀의 전환은 흡열성 탈수소화반응 뒤에 촉매의 발열성 재생으로 진행되는데, 탄화수소의 온-스트림(on-stream) 기간동안 촉매의 표면상에 형성된 탄소성 침착물은 소각되어 촉매성 탈수소화 반응에 필요한 열을 공급하게 된다. 공정에 있어서, 촉매에 영향을 주기 위해 필요한 열은 발열성 재생에 의해 공급되는 열 뿐만 아니라 공급물과 기체의 현열과 같은 유입되는 열원과 동등해야 한다. 올레핀계 물질의 생성을 위한 순환성, 단열성 단열 탈수소화 공정을 서술한 전형적인 특허에는 다음과 같은 것들이 포함된다.:

U.S. 제2,419,997호는 크롬-알루미나 촉매의 존재하에서 탈 수소화된 지방족 탄화수소가 서술되어 있다. 순환성이며 일반적인 단열공정이 사용되었다. 발란스 (bla nce)된 열은 탈수소화에 적당한 범위의 온도가 유지될 때 네트(net) 발열성 열가를 생성하기 위한 촉매성 탈수소화 반응 기내에서의 접촉시간 또는 온도 또는 이들 모두를 조절함으로서 얻어진다.

U.S. 제2,943,067호에는 순환성이며 일반적인 단열공정 내에서 촉매성 올레핀 탈수소화 공정이 서술되어 있다. 산화칼륨 또는 산화리튬으로 보강된 크롬-알루미늄 촉매가 사용되었다. 촉매는 장시간에 걸친 좋은 전환성 및 높은 선택성을 갖는다고 서술되어 있다. 상기 특허에는 상기공정이 전반적인 0도의 네트열을 요구한다고 하였는데 즉, 탈수소공정의 흡열성 반응열은 반응의 이탈을 피하기 위해 주입되는 그 외의 열원과 코크 연소에 의한 발열성 재생열과 같아야만 한다는 것이다.

U.S. 제3,780,129호에는 디올레핀을 생성하기 위한 지방족 탄화수소의 탈수소화 공정이 서술되어 있는데 상기 공정은 순환성 단열 공정으로 크롬-알루미늄 촉매를 사용하는 공정이다.

U.S. 제3,340,321호에는 올레핀을 생성하기 위한 지방족 탄화수소의 탈수소화 공정에 있어서의 온도조절 메카니즘에 대한 서술이 있다. 온도조절은 이차결합성 화합물의 생성에 있어서 열-발란스 작동에 필요한 코크의 결정과 공급열을 조절하기 위해 베드로 유입되는 기류의 양을 조절함으로서 유지된다.

본 발명은 탈수소화 구역 내에 유입되는 에너지를 특히 감소된 공급열의 형태로 최소화시키면서 이소부탄을 탈수소화하여 이소부틸렌을 산출하는 공정에 관한 것인데 일단 이소부탄공급물을 n-부탄과 함께 탈수소화 구역으로 유입시켜 희석시킨 뒤 탈수소화 하는 것으로 구성되어 있다. 미반응물질과 n-부틸렌,탈수소화 구역에서 생성된 부타디엔은 이소부틸렌 생성물로부터 분리되어 탈수소화 구역으로 재순환된다. 시스템의 n-부탄의 양을 조절함으로서 공급물이나 기류의 온도 증가없이 탈수소화 구역의 증가된 열량을 수용할 수 있을 정도의 탈수소화 구역 내의 코크의 필요한 양을 산출할 수 있다.

이소부탄을 탈 수소화하여 이소부틸렌을 형성하는 공정은 순환성 단열 공정인데 일반적으로 시간별로 작동되는 다수의 반응용기가 포함된다. 본 공정에 있어서, 흡열성 탄화수소 전환공정에 필요한 열량은 촉매재형성시 촉매상에 형성되는 코크의 연소로부터 유도되는 발열성 열량과 실질적으로 발란스를 이룬다. 이소부틸렌의 제조에 있어서 단열공정을 유지하기 위한 하나의 문제점은 전형적으로 약 98부피% 또는 그이상의 이소부탄 및 코크생성물을 함유하는 탈수소화 구역의 공급물이 제한성을 갖는다는 것이다. 결론적으로,적당한 열 발란스를 유지하기 위해 탈수소화 공정을 공급 및 혹은 공기온도를 증가시키거나 공급되는 공기를 증가시켜야만 한다. 공급물과 공기를 예비가열하기 위해 필요한 부가적인 열의 극히 일부만이 유용한 에너지로서 회수된다는 사실은 자본금이 매우 커진다는 것을 의미한다.

이소부탄의 함량이 약 98부피% 또는 그 이상인 이소부탄의 탈수소화 공정에 있어서, 공급물을 n-부탄으로 3-7중량%까지 희석시킴으로서 바람직한 촉매 베드의 온도를 유지하면서 반응용기의 공급물 온도를 감소시킨다는 것이 알려져 왔다. 상기 정도의 n-부탄은 탈수소화 구역을 통과하고 미반응 생성물과 n-부틸렌, 탈수소화 구역에서 산출된 부타디엔은 이소부틸렌 생성물로부터 분리된다. 이반응 생성물과 nC₄불포화 생성물은 탈수소구역으로 재순환되고 부가적인 코크는 촉매베드 내에서 생성되어 기계의 작동을 가능케 한다.

본 발명에 따른 촉매는 U.S. 제3,780,129호 및 제2,943,067호에 서술된 종래의 탈수소화 촉매를 포함하는데 이들 촉매는 참고로서 인용되었다. 전형적인 것으로는 알칼리금속 산화물로서 증진된 크롬-알루미늄 촉매가 포함된다.

탈수소화 공정시 온도는 일반적으로 약 950-1300℉의 범위인데 압력은 아-대기압에서 초대기압까지이며 약 100psig이다. 양호한 공급물 유입온도는 약 1050-1200℉이다. 반응은 고정된 베드촉매반응 용기에서 진행되며 LHSV는 일반적으로 약 0.15-약 5hr^-1이다.

[실시예 1]

이소부탄을 이소부틸렌으로 탈수소화하기 위한 순환성 단열반응은 에어프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코오포레이티드에서 CATOFIN으로 시판되는 촉매와 상업적 공정을 사용하여 성취된다. 사용된 촉매는 알칼리금속 산화물로 보강된 크롬-알루미늄 촉매이다. 일반적으로 이소부탄으로 구성된 새로운 탄화수소 공급물은 약 2%의 n-부탄을 함유하는 n-부탄과 i-부탄의 혼합물을 증류하여 산출된다. 반응조건은 다음과 같다.

[실시예 2]

새로운 공급 조성물을 n-부탄으로 희석하고 반응 생성물을 재분리하고 미반응물질과 nC₄불포화 물질을 탈수소화 구역으로 재순환시키는 것을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 반응조건과 생성물을 분석은 다음과 같다 :

실시예 2의 결과는, 실시예 1에서보다 4℉ 낮은 탄화수소 공급물의 온도가 바람직한 열량 발란스를 유지하는데 사용되며 실시예 1에서보다 약 10℉ 높게 평균 베드온도를 유지함을 나타낸다. 결과적으로, 선택도는 실질적으로 같도록 유지되는 반면에 경로에 대한 이소부탄의 전환은 62에서 65%로 증가됨을 알수 있다.

Claims (3)

1. 98부피% 이상의 이소부탄을 함유하는 이소부탄 함유물을 촉매성 탈수소화하고, 미반응 이소부탄으로부터 이소 부틸렌을 분리하고 미반응 물질을 촉매성 반응용기로 재순환하고 촉매 반응용기 내의 열량발생을 증진시키는 공정에 있어서, 새로운 공급물을 공급물의 약3-7중량%의 농도가 되도록 n-부탄으로 희석하고, 탈수소화구역 내의 부가적인 코크를 생성하여 네트열량 발란스가 거의 0에 이르도록 하기에 충분한 부타디엔을 함유하는 재순환 공급물을 생성하도록 n-부탄의 농도를 3-7%의 범위로 조절하는 것으로 구성된, 단열순환성고정상 촉매탈수소에 의한 이소부틸렌의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 크롬-알루미늄 촉매의 존재하에서 탈수소화 공정을 실시하는 것으로 구성된 제조방법
3. 제1항에 있어서, 촉매성 탈수소화 구역에 유입되는 반응물의 온도가 약 1050-1200℉인 제조방법