WO2022139288A1 - 프탈레이트계 화합물 수소화 방법 - Google Patents

프탈레이트계 화합물 수소화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 프탈레이트계 화합물의 수소화 이후 반응 생성물을 안정적으로 해압하여, 미반응 수소를 분리, 회수할 수 있어 공정 안정성, 경제성을 높일 수 있다.

Description

프탈레이트계 화합물 수소화 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 12월 23일자 한국 특허 출원 제 10-2020-0182598 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 고온/고압의 프탈레이트계 화합물 수소화 반응의 반응 생성물에 포함된 미반응 수소를 안정적으로 분리하는 방법에 관한 것이다.
프탈레이트(Phthalate)계 화합물은 플라스틱, 특히 폴리염화비닐(PVC)의 가소제로 널리 사용되는 물질이다. 예를 들면, 전기 전자 제품, 의약품, 페인트 안료, 윤활제, 바인더, 계면활성제, 접착제, 타일, 식품 용기, 포장재 등 사용 용도가 매우 다양하다.
그러나, 몇몇 프탈레이트계 화합물이 환경 오염 및 인간의 내분비계 장애 문제를 초래할 수 있는 물질로 알려지면서, 유럽, 미국 등 선진국을 중심으로 사용 규제가 강화되고 있다. 특히, 프탈레이트계 가소제 중 디(2-에텔헥실)프탈레이트(di(2-ethylhexyl)phthalate, DEHP), 부틸 벤질 프탈레이트(butyl benzyl phthalate, BBP), 디-n-부틸 프탈레이트(di-n-butyl phthalate, DBP)와 같은 일부 제품은 사회적으로 사람의 호르몬 작용을 방해하거나 혼란시키는 내분비계 교란물질로서 환경 호르몬으로 의심받고 있어 이를 규제하는 움직임이 있다.
이에, 종래의 가소제와 동등한 성능을 나타내면서 환경 호르몬 논쟁에서 자유로운 친환경 가소제를 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있는데, 이 중 하나로 프탈레이트 화합물에 포함되어 있는 벤젠 고리를 수소화한(hydrogenation) 화합물을 이용하는 방안이 있다. 벤젠 고리와 같은 방향족 화합물의 수소화 반응은, 루테늄과 같은 전이 금속을 활성 성분으로 지지체(담체)를 포함한 촉매를 이용하는 방법이 알려져 있다.
한편, 상기 수소화 반응과정 이후, 원료 물질과 반응하지 않은 미반응 수소와 고온/고압의 혼합물에 용해되어 있는 수소가 존재한다. 수소는 반응 생성물에 존재 시, 부생성물의 생성을 촉진하여 목적하는 프탈레이트계 화합물의 생산에 방해가 된다. 또한, 미반응 수소는 경제성 측면에서도 분리 후 반응기로 재순환 시켜 재사용하는 것이 바람직하다. 다만, 프탈레이트계 화합물의 수소화 반응은 고온/고압에서 이루어져, 고온/고압의 반응 생성물에서 수소를 안정적으로 분리하기 위한 연구가 필요하다.
본 명세서는, 고온/고압의 프탈레이트계 화합물의 수소화 반응 이후, 반응 생성물에서 수소를 안정적으로 해압하여, 수소 및 목적 생성물의 손실을 억제하는 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법을 제공하고자 한다.
수소를 포함하는 기상 원료; 및 프탈레이트계 화합물을 포함하는 액상 원료를 반응기에 투입하는 단계, 상기 반응기에서 기상 원료 및 액상 원료를 촉매 존재 하에 수소화 반응을 진행하는 단계, 상기 반응 단계 이후, 반응 생성물을 제1 기상-액상 분리기에서 제1 용액과 수소를 포함한 기상 물질을 분리하여 해압하는 제1 해압 단계, 상기 제1 기상-액상 분리기의 하부에서 배출되는 제1 용액을 제2 기상-액상 분리기에서 제2 용액과 수소를 포함한 기상 물질을 분리하여 해압하는 제2 해압 단계를 포함하는, 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 목적으로만 사용된다.
또한, 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.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합을 설명하기 위한 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 이들의 조합 또는 부가 가능성을 배제하는 것은 아니다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 “기상 원료”는 반응기로 공급되는 기상의 물질로서, 수소를 포함하며, “액상 원료”는 프탈레이트계 화합물, 알코올, 사이클로헥산계 화합물 등을 포함한다. 또한, “반응 생성물”은 반응기에서 배출되는 수소화된 프탈레이트계 화합물, 수소를 포함하는 미반응 기상 원료 등을 포함한다.
본 명세서에서 기상-액상 분리기의 “운전 압력”은 기상-액상 분리기의 상부, 하부에 연결된 기상 물질, 또는 용액의 압력을 포함한다. 또한, 기상-액상 분리기의 상부, 또는 하부로 “배출”되는 기상 물질, 또는 용액의 압력은 상기 기상-액상 분리기와 연결된 기상 물질, 또는 용액을 밸브 등을 이용해 해압된 압력을 의미한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 수소를 포함하는 기상 원료; 및 프탈레이트계 화합물을 포함하는 액상 원료를 반응기에 투입하는 단계, 상기 반응기에서 기상 원료 및 액상 원료를 촉매 존재 하에 수소화 반응을 진행하는 단계, 상기 반응 단계 이후, 반응 생성물을 제1 기상-액상 분리기에서 제1 용액과 수소를 포함한 기상 물질을 분리하여 해압하는 제1 해압 단계, 상기 제1 기상-액상 분리기의 하부에서 배출되는 제1 용액을 제2 기상-액상 분리기에서 제2 용액과 수소를 포함한 기상 물질을 분리하여 해압하는 제2 해압 단계를 포함하는, 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 반응은 프탈레이트계 화합물을 포함하는 액상 원료와 수소를 포함하는 기상 원료의 반응으로 진행된다. 프탈레이트계 화합물은 구체적으로 하기 화학식 1로 표시되는 프탈레이트(phthalate) 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 테레프탈레이트(terephthalate) 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 이소프탈레이트(isophthalate) 화합물 및 이들의 카르복실산 유도체 일 수 있으며, 이들의 혼합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2021018814-appb-img-000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2021018814-appb-img-000002
[화학식 3]
Figure PCTKR2021018814-appb-img-000003
상기 화학식 1 내지 3에서, R1, R1’, R2, R2’, R3, 및 R3’는 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 탄소수 4 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 프탈레이트계 화합물의 구체적인 예로는 예로는 디부틸 프탈레이트(DBP; dibutyl phthalate), 디헥실 프탈레이트(DHP; dihexyl phthalate), 디옥틸 프탈레이트(DOP; dioctyl phthalate), 디-n-옥틸 프탈레이트(DnOP; di-n-octyl phthalate), 디이소노닐 프탈레이트(diisononyl phthalate), 또는 디이소데실 프탈레이트(DIDP; diisodecyl phthalate), 디부틸 테레프탈레이트(DBTP; dibutyl terephthalate), 디옥틸 테레프탈레이트(DOTP; dioctyl terephthalate), 디이소노닐 테레프탈레이트(DINTP; diisononyl terephthalate), 디이소데실 테레프탈레이트(DIDTP; diisodecyl terephthalate), 디부틸 이소프탈레이트(DBIP; dibutyl isophthalalate), 디옥틸 이소프탈레이트(DOIP; dioctyl isophthalate), 디이소노닐 이소프탈레이트(DINIP; diisononyl isophthalate), 또는 디이소데실 이소프탈레이트(DIDIP; diisodecyl isophthalate) 등을 들 수 있으며, 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 반응에 있어 액상 원료는 상기 알코올, 또는 수첨된 프탈레이트계 화합물 등을 더 포함할 수 있다. 수첨된 프탈레이트계 화합물은 사이클로헥산계 화합물일 수 있다. 또한, 액상 원료에 알코올을 포함할 경우, 수소의 용해도가 증가하여 수소화 반응이 개선되며, 촉매의 수명이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 반응에 있어 기상 원료는 수소를 포함한다. 반응기로 공급되는 수소 압력은 100 barg 내지 200 barg, 바람직하게는 120 barg 내지 170 barg이다. 또한, 반응기로 투입되는 수소의 양은 프탈레이트계 화합물 1몰에 대하여 3 몰 내지 10 몰, 바람직하게는 3 몰 내지 6 몰이다.
본 발명에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 반응은 상기 액상 원료가 기상 원료에 포함된 수소와 반응한다. 이때, 수소화 반응이 진행되는 반응기의 운전 온도는 100 ℃ 내지 300 ℃에서 진행될 수 있으며, 바람직하게는 120 ℃ 내지 250 ℃의 온도로 진행된다. 반응 온도가 100 ℃ 미만일 경우, 반응 속도가 너무 느려 반응이 원활히 진행되지 않을 수 있으며, 300 ℃ 초과할 경우, 부생성물이 급격히 증가하여, 제품의 산가를 크게 증가시킬 수 있으며, 촉매의 수명에 악영향을 줄 수 있다.
또한, 상기 반응기의 운전 압력은 100 barg 내지 200 barg에서 진행될 수 있으며, 바람직하게는 120 barg 내지 170 barg의 압력으로 진행된다. 반응 압력이 100 barg 미만일 경우, 반응이 진행되지 않을 수 있으며, 200 barg 초과일 경우, 과도한 전력이 소모되고, 반응기 등 설비 제작 비용이 크게 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
또, 발명의 일 구현예에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법에 있어서, 상기 수소화 반응은 수소화 촉매의 존재 하에 수행된다.
상기 수소화 촉매는 활성 성분으로서 전이금속을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 수소화 촉매는 담체에 담지시켜 사용할 수 있으며, 이때 담체로는 당 업계에 알려져 있는 담체가 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등과 같은 1종 이상의 담체가 사용될 수 있다.
상기 수소화 촉매의 활성 성분은 담체 100 중량부에 대하여 0.3 중량부 내지 5 중량부의 양으로 포함될 수 있다.
상기 수소화 반응에 의해, 프탈레이트계 화합물에서 방향족 고리가 수소화되어 이에 상응하는 화합물로 전환된다.
본 발명에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법은 상기 프탈레이트계 화합물의 반응 단계 이후, 제1 기상-액상 분리기를 통해 이루어지는 제1 해압 단계와 제2 기상-액상 분리기를 통해 이루어지는 제2 해압 단계를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반응기에서 배출되는 반응 생성물은 상기 제1 기상-액상 분리기로 직접 연결될 수 있다. 이때, 직접 연결된다는 의미는 반응기에서 배출되는 스트림이 별도의 열 교환, 압축 등을 거치지 않고 제1 기상-액상 분리기로 바로 투입된다는 의미이다. 일례로, 상기 제1 기상-액상 분리기로 투입되는 반응 생성물은 냉각하지 않고 바로 기상-액상 분리기로 투입될 수 있다. 기상-액상 분리기로 투입되는 반응 생성물을 냉각할 경우, 미반응 수소의 용해도가 증가하게 되어, 기상-액상 분리기에서 수소의 분리 배출이 어려워지며, 공정 조건이 가혹해진다. 또한, 별도의 냉각 단계를 거치지 않고 기상-액상 분리기로 투입함에 따라 에너지 효율을 높일 수 있고, 용존 수소를 회수할 수 있는 이점이 있다.
상기 제1 기상-액상 분리기를 통해 이루어지는 제1 해압 단계는 반응기에서 배출되는 반응 생성물을 제1 기상-액상 분리기로 투입하여, 제1 용액과 수소를 분리 배출하는 단계이다. 반응기를 거친 상기 반응 생성물에는 수소화된 프탈레이트계 화합물, 미반응 프탈레이트계 화합물, 미반응 수소, 알코올 등이 포함될 수 있다.
제1 기상-액상 분리기에서 이루어지는 제1 해압 단계는, 구체적으로 상기 제1 기상-액상 분리기의 상부로는 수소를 포함하는 기상 물질이 배출되고, 하부로는 수소화된 프탈레이트계 화합물, 용해된 수소 등을 포함하는 제1 용액이 배출된다. 또한, 상기 기상 물질에는 수소, 증발된 수소화 되거나 수소화 되지 않은 프탈레이트계 화합물, 증발된 알코올 등이 포함될 수 있고, 상기 제1 용액에는 수소화된 프탈레이트계 화합물, 미반응 프탈레이트계 화합물, 알코올, 용해된 수소, 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 제1 기상-액상 분리기의 운전 압력은 100 barg 내지 200 barg, 바람직하게는 120 barg 내지 170 barg일 수 있다. 운전 압력이 100 barg 미만일 경우, 부생성물이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 200 barg 초과일 경우 상업규모 설비 제작이 어렵거나, 설비 비용이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 기상 물질의 압력은 5 barg 내지 50 barg, 바람직하게는 20 barg 내지 30 barg일 수 있다. 배출되는 기상 물질의 압력이 5 barg 미만일 경우 수소 손실을 방지하기 위해 배출된 수소의 회수, 및 재사용을 위한 압축기 등 추가적인 설비가 필요하며, 50 barg 초과일 경우 추가 감압 설비 없이는 분리/정제 공정 등의 운전에 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법은, 제1 기상-액상 분리기의 하부에서 배출되는 즉, 해압을 거친 제1 용액을 제2 기상-액상 분리기로 투입하여, 제1 용액에 포함된 용해된 수소, 기상 미반응물 등을 추가적으로 분리하는 단계를 포함한다.
상기 제2 기상 액상 분리기의 상부로는 수소를 포함하는 기상 물질이 배출되고, 하부로는 수소화된 프탈레이트계 화합물을 포함하는 제2 용액이 배출된다. 또한, 상기 기상 물질에는 수소, 증발된 수소화 되거나 수소화 되지 않은 프탈레이트계 화합물, 증발된 알코올 등이 포함될 수 있고, 상기 제2 용액에는 수소화된 프탈레이트계 화합물, 미반응 프탈레이트계 화합물, 알코올, 용해된 수소, 등이 포함될 수 있다.
상기 제2 기상-액상 분리기의 운전 압력은 5 barg 내지 100 barg, 바람직하게는 20 barg 내지 30 barg 일 수 있다. 제2 기상-액상 분리기의 운전 압력이 5 barg 미만일 경우 기상으로 배출되는 수소를 수소 압축기 등을 설치하여 회수하는 문제가 발생할 수 있고, 100 barg 초과일 경우 수소 분리 설비의 투자 비용이 증가하고, 액상으로 배출되는 원료 내 수소가 다량 포함되어 수소 손실이 발생할 수 있고, 수소 배출로 인한 안전상의 문제가 발생할 수 있다.
상기 제2 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 기상 물질의 압력은 5 barg 내지 50 barg, 바람직하게는 20 barg 내지 30 barg일 수 있다. 배출되는 기상 물질의 압력이 5 barg 미만일 경우 수소 손실을 방지하기 위해 배출된 수소의 회수, 및 재사용을 위한 압축기 등 추가적인 설비가 필요하며, 50 barg 초과일 경우 추가 감압 설비 없이는 분리/정제 공정 등의 운전에 문제가 있을 수 있다.
상기 제2 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 제2 용액의 압력은 -1 barg 내지 25 barg, 바람직하게는 -0.95 barg 내지 10 barg일 수 있다. 배출되는 압력이 -1 barg 미만일 경우, 과도한 감압으로 인한 공정 비용 상승이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 배출되는 압력이 25 barg 초과일 경우, 이후 분리하는 용기의 설비 투자비용이 증가하고, 발생한 기상의 원료 내 수소와 일부 알코올을 회수하기 위한 추가 설비 등이 필요하며, 상업 운전 시 안전상의 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 제2 기상-액상 분리기 하부로 배출되는 제2 용액 내 수소 농도는 0.005 중량% 내지 0.1 중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 0.07 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 기상-액상 분리기, 및 제2 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 수소는 반응기로 재순환할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 해압 단계를 거쳐 제1 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 수소와, 제2 해압 단계를 거쳐 제2 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 수소를 하나의 스트림으로 합쳐 열 교환, 압축하여 반응기로 재순환 하거나, 각각의 스트림을 개별적으로 열 교환, 압축하여 반응기로 재순환 할 수 있다. 또한, 기상-액상 분리기에서 배출되는 수소는 바로 재순환하여 반응기로 공급되는 수소와 혼합하여 반응에 필요한 압력으로 승압 후 반응기로 공급될 수도 있고, 배출된 수소의 압력을 일부 승압하여, 반응기로 공급되는 수소와 혼합하여 반응에 필요한 압력으로 승압하여 반응기로 공급될 수도 있으며, 배출된 수소를 바로 반응 압력까지 별도로 승압하여, 반응기로 공급되는 수소와 혼합해서 반응기로 공급될 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 제2 용액에 포함된 수소를 반응기로 재순환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일례로, 제2 용액에 포함된 수소는 일부 증발될 수 있으며, 증발된 수소를 수소 압축기를 통해 승압하여 최초 수소 공급 라인으로 재순환 시킬 수 있다.
본 발명의 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법은 상기와 같이 2단의 해압 단계를 거침으로써, 반응기에서 배출되는 고압의 반응 생성물에 용해되어 있는 수소를 단계적으로 회수할 수 있고, 단계적 감압을 통하여 설비/운전의 안정성을 높일 수 있다. 또한, 급격한 감압으로 인한 수소, 액상 생성물의 증발을 억제함으로써, 반응 원료인 수소와 생성물의 손실을 줄일 수 있고, 이에 따라 공정의 효율성 및 경제성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법에 사용되는 공정 장치를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 수소화 방법의 장치는 수소 압축기(a), 고압 펌프(c), 열 교환기(b, d), 반응기(e), 제1 기상-액상 분리기(f), 제2 기상-액상 분리기(g), 및 열 교환기(h) 등으로 이루어질 수 있다.
열 교환기(b)는 기상 원료를 승온하여 반응이 진행될 수 있는 온도로 준비하는 장치로서, 필요에 따라 생략 가능하다.
반응기(e)는 액상 원료에 포함된 프탈레이트계 화합물과 기상 원료에 포함된 수소의 수소화 반응이 진행되는 장치이며, 반응열 제어를 위해 제열용 외부 자켓을 더 포함할 수 있다. 기상 원료는 반응기의 상부 또는 하부에서 공급될 수 있으며, 액상 원료는 반응기의 상부에서 공급될 수 있다.
제1-기상 액상 분리기(f), 제2 기상-액상 분리기(g)는 반응 이후 반응 생성물에서 목적 생성물과 수소를 분리하기 위한 장치이다.
열 교환기(h)는 분리된 수소를 열 교환하여 반응기로 재순환 시키기 위한 장치이다.
일례로, 본 발명의 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법은 다음과 같이 진행된다. 기상 원료(1)와 액상 원료(3)는 각각 수소 압축기(a), 고압 펌프(c)를 통해 승압되고, 승압된 각 원료 물질은 열 환기(b, d)를 통해 반응에 적합한 온도까지 승온된다. 승온된 기상 원료(2)와 액상 원료(4)는 함께 반응기(e)로 공급된다. 반응기(e)에서는 액상 원료(4)에 포함된 프탈레이트계 화합물과 기상 원료(2)에 포함된 수소의 반응이 진행된다. 반응 종료 후 생성된 반응 생성물(5)은 반응기 하부로 배출되고, 열 교환을 거치지 않고 제1 기상-액상 분리기(f)로 공급된다. 제1 기상-액상 분리기(f)에서 1차로 수소 해압 단계를 거치는데, 제1 기상-액상 분리기의 상부로 수소를 포함한 기상 물질(6)이 배출되고, 하부로는 수소화된 프탈레이트계 화합물을 포함한 제1 용액(7)이 배출된다. 제1 기상-액상 분리기 하부로 배출된 제1 용액(7)에는 미반응 수소가 용해되어 있을 수 있어, 추가 회수가 필요하여 제1 용액(7)은 제2 기상-액상 분리기(g)로 투입된다. 제2 기상-액상 분리기에서는 두번째 수소 해압이 이루어지는데, 제2 기상-액상 분리기의 상부로 수소를 포함한 기상 물질(8)이 배출되고, 하부로는 고순도의 수소화된 프탈레이트계 화합물이 포함된 제2 용액(9)배출된다. 제1 기상-액상 분리기(f), 및 제2 기상-액상 분리기(g) 상부로 배출된 기상 물질은 열 교환기(h)를 통해 온도를 낮춘 후, 기상 원료가 투입되는 수소 압축기(a)로 공급되어 재순환된다.
단, 상기 도 1에서 각 장치의 위치는 변경 가능하며 필요에 따라 도 1에 도시되지 않은 다른 장치도 포함 가능하므로, 본 발명의 수소화 방법이 도 1에 도시한 장치 및 공정 순서로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 프탈레이트계 화합물의 수소화 방법에 따르면, 반응 생성물로부터 안정적으로 수소를 분리하여, 수소를 재사용하고, 목적 생성물의 증발을 방지하여, 공정의 안정성, 경제성을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 해안 운전 방법에 적용되는 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1
액상 원료로 디옥틸테레프탈레이트(DOTP), 2-에틸헥산올(2-EH)를 8:2 중량비로 혼합된 원료를 9 kg/hr로 반응기에 투입하였다(120 ℃, 150 barg). DTOP:수소의 몰비는 1:6이 되도록 수소 압축기를 이용해 고압으로 수소를 반응기에 투입하였다(약 20 내지 40℃, 150 barg). 수소화 반응 시 압력은 150 barg, 온도는 150℃로 ASPEN 툴을 이용하여 공정을 구성하였다.
수소화 반응기에서 배출되는 반응 생성물을 제1 기상-액상 분리기로 투입하고(약 150℃, 150 barg), 제1 기상-액상 분리기 운전 압력은 150 barg, 제1 기상-액상 분리기에서 배출되는 기상(수소)/액상 압력은 컨트롤 밸브를 이용하여 20 내지 25 barg로 설정하였다.
이후, 제1 기상-액상 분리기 하부로 배출되는 제1 용액은 제2 기상-액상 분리기로 투입하였다. 제, 2 기상-액상 분리기 운전 압력은 20 내지 30 barg, 제2 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 용액의 압력은 컨트롤 밸브를 이용하여 상압(1 barg)으로 설정하였다.
실시예 2
실시예 1에서, 제2 기상-액상 분리기 하부로 배출되는 용액의 압력을 -0.9 barg로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
실시예 3
실시예 1에서, 제2 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 용액에 포함된 수소를 수소 압축기를 통해 20 barg로 승압 후 재사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
비교예 1
실시예 1에서, 제2 기상-액상 분리기를 제거하고, 제1 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 용액의 압력을 0 내지 5 barg로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
비교예 2
비교예 1에서 제1 기상-액상 분리기 전단에 냉각기를 설치하여, 반응 생성물을 냉각기를 거쳐 제1 기상-액상 분리기로 투입한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 구성하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
반응 생성물 내 수소 비율
(용존 수소 양/
총 수소 투입 양)
9.8% 9.8% 9.8% 9.8% 9.8%
수소 회수율1) 77% 90% 97% 0.0% 0.0%
수소 배출 농도2) 0.032% 0.011% 0.004% 0.140% 0.140%
* 1) 수소 회수율 = (기상-액상 분리기 상부 배출 수소 양/반응 생성물 내 용존 수소 양) * 100* 2) 실시예; 제2 기상-액상 분리기 하부 배출 용액 내 수소 농도(중량%), 비교예; 제1 기상-액상 분리기 하부 배출 용액 내 수소 농도(중량%).
상기 표 1을 참고하면, 실시예의 프탈레이트 화합물의 수소화 방법은 2단의해압 단계를 통해 반응 생성물 내 용존 수소를 약 70% 이상 안정적으로 회수할 수 있었고, 최종 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 수소의 농도를 저감할 수 있었다. 반면, 1단의 기상-액상 분리기로 구성된 비교예는 기상으로 수소를 회수할 수 없었으며, 하부로 배출되는 수소의 농도도 실시예에 비하여 높은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 본 발명의 프탈레이트 화합물의 수소화 방법은 공정 안정성이 높고, 수소 회수율이 증가된 것을 확인할 수 있었다.
[부호의 설명]
a: 수소 압축기
b: 열 교환기
c: 고압 펌프
d: 열 교환기
e: 반응기
f: 제1 기상-액상 분리기
g: 제2 기상-액상 분리기
h: 열 교환기
1, 11, 2: 기상 원료
3, 33, 4: 액상 원료
5: 반응 생성물
6, 8, 10: 기상 물질
7: 제1 용액
9: 제2 용액

Claims (15)

  1. 수소를 포함하는 기상 원료; 및 프탈레이트계 화합물을 포함하는 액상 원료를 반응기에 투입하는 단계;
    상기 반응기에서 기상 원료 및 액상 원료를 촉매 존재 하에 수소화 반응을 진행하는 단계;
    상기 반응 단계 이후, 반응 생성물을 제1 기상-액상 분리기에서 제1 용액과 수소를 포함한 기상 물질을 분리하여 해압하는 제1 해압 단계;
    상기 제1 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 제1 용액을 제2 기상-액상 분리기에서 제2 용액과 수소를 포함한 기상 물질을 분리하여 해압하는 제2 해압 단계를 포함하는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액상 원료는 알코올, 또는 수첨된 프탈레이트계 화합물을 더 포함하는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응기로 공급되는 수소의 압력은 100 barg 내지 200 barg 인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응기의 운전 온도는 100 ℃ 내지 300 ℃이고, 운전 압력은 100 barg 내지 200 barg인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수소화 반응은 촉매 존재 하에 진행되는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  6. 제6항에 있어서,
    상기 촉매의 활성 성분은 담체 100 중량부에 대하여 0.3 중량부 내지 5 중량부의 양으로 포함되는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응기에서 배출되는 반응 생성물은 상기 제1 기상-액상 분리기로 직접 연결되는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기상-액상 분리기의 운전 압력은 100 barg 내지 200 barg 인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 기상 물질의 압력은 5 barg 내지 50 barg인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기상-액상 분리기의 운전 압력은 5 barg 내지 100 barg 인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 기상 물질의 압력은 5 barg 내지 50 barg인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기상-액상 분리기 하부로 배출되는 제2 용액의 압력은 -1 barg 내지 25 barg 인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기상-액상 분리기 하부로 배출되는 제2 용액 내 수소 농도는 0.005 중량% 내지 0.1 중량%인,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기상-액상 분리기, 및 제2 기상-액상 분리기의 상부로 배출되는 수소를 반응기로 재순환하는 단계를 더 포함하는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기상-액상 분리기의 하부로 배출되는 제2 용액에 포함된 수소를 반응기로 재순환하는 단계를 더 포함하는,
    프탈레이트계 화합물의 수소화 방법.
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