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KR20150077508A - 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치 - Google Patents

방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치 Download PDF

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KR20150077508A
KR20150077508A KR1020130165069A KR20130165069A KR20150077508A KR 20150077508 A KR20150077508 A KR 20150077508A KR 1020130165069 A KR1020130165069 A KR 1020130165069A KR 20130165069 A KR20130165069 A KR 20130165069A KR 20150077508 A KR20150077508 A KR 20150077508A
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김국희
김경태
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반응물인 탄화수소 원료에 비해 생성물인 방향족 탄화수소가 상대적으로 높은 증기압을 갖는 성질을 이용하여, 탄화수소 원료 혼합물 및 수소를 반응시키고, 상기 반응의 생성 혼합물을 기체상으로 배출하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치에 따르면, 반응 시 상대적으로 적은 양의 수소만을 사용하고도, 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있고, 부산물의 생성을 억제하여, 얻고자 하는 방향족 탄화수소를 높은 수득률로 선택적으로 얻을 수 있다.

Description

방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치{CONTINUOUS PREPARING METHOD AND APPARATUS FOR AROMATIC HYDROCARBON}
본 발명은 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반응물인 탄화수소 원료에 비해 생성물인 방향족 탄화수소가 상대적으로 높은 증기압을 갖는 성질을 이용하여, 탄화수소 원료 혼합물 및 수소를 반응시키고, 상기 반응의 생성 혼합물을 기체상으로 배출하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
방향족 탄화수소는 화학, 의약, 섬유 등 많은 산업 분야에서 합성 원료로 사용되는 기초 물질이다. 방향족 탄화 수소는 일반적으로, 접촉개질공정을 통하여 생산된 접촉개질유(reformate)나 나프타(naphtha) 분해공정에서 생산된 열분해 가솔린(pyrolysis gasoline) 등, 석유화학 정제 과정에서 생성되는 잔여유를 활용하여, 다환 고리 화합물의 수소 첨가 개환(hydrocracking) 등의 반응을 통해 얻어지게 된다.
이러한 반응은 일반적으로, 수소 첨가 개환 촉매 존재 하에 평류 반응기 내에서 진행되며, 반응기 내에서 액상의 생성물이 만들어지면, 액상 그대로 배출하는 형태이기 때문에, 반응기 내 액상 생성물의 조성과 최종적으로 얻어지는 산물의 조성이 동일하여, 얻고자 하는 방향족 탄화수소의 수득률을 높이는 데 한계가 있었다.
또한, 반응을 효율적으로 진행시키기 위해서는 수소와 원료의 비율을 10 이상으로 유지시켜야 하는 문제점이 있었고, 반응물, 생성물, 부산물 등, 반응기 내에 존재하는 각 화학종의 반응기 내부 체류 시간을 선택적으로 조절하기 어려워, 반응기 내 체류시간 증가에 따른 부산물의 생성을 억제하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 반응 시 수소와 원료의 비율을 낮추면서도, 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있고, 부산물의 생성을 억제하여 얻고자 하는 방향족 탄화수소의 수득률을 높일 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 반응 시 수소와 원료의 비율을 낮추면서도, 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있고, 반응물인 탄화수소 원료에 비해 생성물인 방향족 탄화수소가 상대적으로 높은 증기압을 갖는 성질을 이용하여 생성물을 선택적으로 회수할 수 있어, 얻고자 하는 방향족 탄화수소의 수득률을 높일 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 반응기 내부로 공급하는 단계; 상기 제1혼합물 및 수소를 반응시키는 단계; 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 상기 반응기 외부로 배출하는 단계를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 공급하는 공급부; 상기 공급부로부터 공급된 제1혼합물 및 수소의 반응이 진행되는 반응부; 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 배출하는 배출부를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법 및 장치에 따르면, 반응 시 상대적으로 적은 양의 수소만을 사용하고도, 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있고, 부산물의 생성을 억제하여, 얻고자 하는 방향족 탄화수소를 높은 수득률로 선택적으로 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치를 도시한 것이다.
본 발명의 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법은 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 반응기 내부로 공급하는 단계; 상기 제1혼합물 및 수소를 반응시키는 단계; 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 상기 반응기 외부로 배출하는 단계를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법을 포함한다.
또한 본 발명의 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치는 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 공급하는 공급부; 상기 공급부로부터 공급된 제1혼합물 및 수소의 반응이 진행되는 반응부; 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 배출하는 배출부를 포함한다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 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 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.
또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
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 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 전체에서 상기 방향족 탄화수소란 탄소수 7 내지 10의 1환 방향족 유도체를 의미하며, 상기 탄화수소 원료란 본 발명이 속하는 기술분야에서 수소 첨가 분해 반응(hydrocracking), 수소 첨가 탈알킬화 반응(hydroalkylation), 또는 트랜스 알킬화 반응(transalkylation) 등의 반응을 통해 상기 방향족 탄화수소를 제조하는 공정에 일반적으로 사용되는 원료 물질을 의미한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법은 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 반응기 내부로 공급하는 단계; 상기 제1혼합물 및 수소를 반응시키는 단계; 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 상기 반응기 외부로 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물은, 구체적으로 예를 들어, 접촉개질유, 수소화처리유, 나프타, 열분해 가솔린, 콜타르 및 경질순환유 등을 단독으로 사용하거나, 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 상기 탄화수소 원료들은 나프탈렌, 테트랄린(tetraline, tetrahydronaphtalene) 또는 테트랄린 유도체를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는, 테트랄린 또는 테트랄린 유도체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 방향족 탄화수소 제조 공정에 일반적으로 사용되는 석유계 혹은 석탄계 탄화수소 원료를 사용할 수 있다.
또한, 상기 반응에 의해 생성되는 생성물을 포함하는 제2혼합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 에틸메틸벤젠, 및 메시틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 그 외에도 탄소수 7 내지 10의 방향족 탄화수소 유도체, 나프탈렌 등 2환 방향족 탄화수소, 또는 2환 방향족 탄화수소 유도체 등을 포함할 수 있다.
상기 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법의 각 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상술한 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 반응기 내부로 공급한다. 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물은 온도 및 압력 조건에 따라 반응기 내부에 액체 혹은 기체 상으로 공급될 수 있으며, 수소는 기상으로 공급될 수 있다. 상기, 제1혼합물은 액상으로 공급되고, 수소는 기상으로 공급되며, 제1혼합물 및 수소의 반응은 액상 반응으로 진행되는 것이 바람직할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
공급된 제1혼합물 및 수소는 반응기 내부에서 액체상 혹은 기체-액체 접촉상에서 반응의 반응물로 사용된다. 이러한 반응은 예를 들어, 수소 첨가 분해 반응(hydrocracking), 수소 첨가 탈알킬화 반응(hydroalkylation), 또는 트랜스 알킬화 반응(transalkylation) 등일 수 있으며, 상기 반응을 통해 제1혼합물에 포함되는 탄화수소 원료 물질, 예를 들어 테트랄린 이나 나프탈렌 등의 다환 방향족 탄화수소는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 에틸메틸벤젠, 및 메시틸렌 등을 포함하는 생성물로 전환된다.
이러한 반응은 일반적으로 촉매의 존재 하에 수행되며, 구체적으로 예를 들어, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 백금(Pt) 등을 단독으로, 혹은 1이상 포함하는 금속 촉매나 또는 이에 더하여 붕소(B), 실리콘(Si), 인(P), 주석(Sn), 납(Pb), 및 비스무스(Bi) 등의 조촉매의 존재 하에 진행될 수 있다.
구체적으로 상기 촉매들은, 예를 들면, 니켈(Ni), 코발트(Co), 또는 몰리브덴(Mo) 등을 주 성분으로 하고, 알루미나, 지르코니아, 또는 티타니아 담체에 담지된 형태로 사용할 수도 있으며, Ni2P, Co2P, Fe2P, MoP, 또는 WP 등, 인화물의 형태로 FAU 제올라이트, MFI 제올라이트, MOR 제올라이트, 또는 BEA 제올라이트 담체에 담지된 형태로 사용할 수도 있으나, 본 발명이 상기 열거한 종류의 촉매에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 촉매, 조촉매, 및 담체 등을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
이러한 반응을 통해 상기 반응의 상술한 생성물을 포함하는 제2혼합물이 반응기 내에 생성될 수 있으며, 상기 제2혼합물은 반응기 내에서 액체-기체 상평형을 이루는 상태로 존재할 수 있다.
이러한 반응은 일반적으로, 수소 첨가 개환 촉매 존재 하에 평류 반응기 내에서 진행되며, 반응기 내에서 액상의 생성물이 만들어지면, 액상 그대로 배출하는 형태이기 때문에, 반응기 내 액상 생성물의 조성과 최종적으로 얻어지는 산물의 조성이 동일하여, 얻고자 하는 방향족 탄화수소의 수득률을 높이는 데 한계가 있었다.
본 발명의 일 측면에 따른 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법에서는 상기 액체-기체 상평형 상태로 존재하는 제2혼합물을 기체상으로 반응기 외부로 배출하는 단계를 포함한다. 일반적인 방향족 탄화수소 제조 공정의 상기 반응이 진행되는 온도에서는, 반응 생성물인 방향족 탄화수소가 반응물로 사용되는 탄화수소 원료에 비해 높은 증기압을 갖고 있으므로, 액체상 보다 기체상에서, 생성물인 방향족 탄화수소의 비율이 탄화수소 원료보다 높게 된다.
예를 들어, 상기 반응시키는 단계는 상기 기체상으로 회수되는 제2혼합물 내에 상기 탄화수소 원료 및 상기 반응의 생성물의 부분압 비가 약 0.005:1 내지 약 0.1:1로 유지되는 온도 및 압력, 더욱 바람직하게는 약 0.01:1 내지 약 0.1:1로 유지되는 온도 및 압력 하에 수행될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 약 350 내지 약 450℃의 온도 및 약 60 내지 약 120atm의 압력 범위, 더욱 바람직하게는 약 380 내지 약 420℃의 온도 및 약 80 내지 약 110atm의 압력 범위에서 수행될 수 있다. 이러한 온도 및 압력 조건에서 제1혼합물 내에 포함될 수 있는 테트랄린 등은 대부분 액상으로 존재하고, 제2혼합물 내에 포함될 수 있는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 에틸메틸벤젠, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소는 대부분 기체상으로 존재하게 되어, 합성하고자 하는 방향족 탄화수소가 높은 비율로 포함된 제2혼합물을 기체상으로 얻을 수 있으며, 생성물인 방향족 탄화수소를 선택적으로 기체상으로 반응기 외부로 배출함으로써, 반응기 내부에 존재하는 생성물의 농도는 더 낮아지게 되어, 열역학적 평형 이동에 의해 상기의 반응을 더욱 촉진시킬 수 있게 된다. 상기 조건보다 낮은 온도 및 압력 조건에서 반응을 수행하는 경우, 테트랄린의 전환율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 조건보다 높은 온도 및 압력에서 반응을 수행하는 경우, 과도한 수소화 반응이 진행되어 방향족 탄화수소에 대한 선택도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 반응시키는 단계 및 배출 단계에서, 압력은 공급되는 수소의 공급량 및 배출되는 기체상 제2혼합물의 배출량을 조절함에 따라, 일정하게 유지될 수 있으며, 이러한 온도 및 압력 조건에 의해 제2혼합물 내에서 상기 탄화수소 원료보다 상기 반응의 생성물의 부분 압력이 높게 유지될 수 있다.
상술한 바와 같이 반응 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 회수함에 따라, 기체상 제2혼합물에서 높은 비율로 포함되는 반응의 생성물, 즉 방향족 탄화수소를 높은 수득률로 얻을 수 있다.
또한, 액체-기체 평형 상태의 제2혼합물에서, 기체상 중 높은 비율로 포함되는 반응 생성물을 선택적으로, 연속하여 배출함에 따라, 액체상에서 반응 생성물의 농도는 줄어들게 되며, 평형 이동의 법칙에 의해 상술한 반응을 더욱 촉진시킬 수 있어, 반응의 수득률을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
이에 더하여, 기체상 중 높은 비율로 포함되는 반응 생성물을 선택적으로, 연속하여 배출함에 따라, 생성물이 상기 반응 조건에 노출되는 체류 시간을 효과적으로 조절할 수 있게 되어, 부반응에 따른 부산물, 구체적으로 예를 들어, 나프탈렌, 또는 지방족 탄화수소 유도체 등의 생성을 효율적으로 억제할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법은 상기 배출하는 단계 이후, 기체상의 제2혼합물을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 회수 이후에 제2혼합물을 신속히 냉각시킴으로써 부반응에 따른 부산물의 생성을 억제할 수 있고, 수소의 분율 저하에 따른 코크(coke)발생을 억제할 수 있으며, 제2혼합물에 같이 포함되어있던 수소는 회수하여 재사용할 수 있기 때문에, 기존의 제조 방법에 비해 적은 양의 수소만으로도 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있다. 이러한 냉각 단계는, 상기 제2혼합물에 포함되어있는 방향족 탄화수소 생성물을 액화시킬 수 있는 온도 조건에서 진행될 수 있고, 구체적으로 예를 들면, 약 -20 내지 약 30℃, 바람직하게는 약 -10 내지 15℃의 온도에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 냉각하는 단계 이후, 상기 제2혼합물로부터 생성물을 분리하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 분리하는 단계를 통해 상기 제2혼합물에 포함될 수 있는 탄화수소 원료 물질 또는 부산물으로부터 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 에틸메틸벤젠, 및 메시틸렌 등의 생성물을 분리해 낼 수 있으며, 이러한 분리 방법은, 예를 들어 증류 등에 의할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 공급하는 공급부; 상기 공급부로부터 공급된 제1혼합물 및 수소의 반응이 진행되는 반응부; 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 배출하는 배출부를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치는 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 공급하는 공급부(100); 상기 공급부로부터 공급된 제1혼합물 및 수소의 반응이 진행되는 반응부(200); 및 상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 배출하는 배출부(300)를 포함한다.
상기 배출부(300)는 상기 기체상으로 배출되는 제2혼합물의 배출량을 조절하여 반응부 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 압력조절기(310)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 배출부(300) 후단에 연결되고, 상기 기체상으로 배출되는 제2혼합물을 액체상으로 냉각시키는 냉각기를 더 포함할 수도 있다.
상기 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치에서 수행되는 반응에 대해서는, 상기 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법에서 상술한 바와 같다.
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 >
방향족 탄화수소의 제조
[실시예 1]
본 발명의 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치의 반응부(200)에 공급부(100)를 통하여 액체상 테트랄린을 공급하였다. 반응 조건인 400℃에서 100atm이 유지되도록 5ml/min의 유량으로 수소 기체를 공급하였으며, 총 공급된 수소 및 테트랄린의 몰 비가 3:1이 되도록 100g의 테트랄린 및 수소 기체를 공급하였다. 3g의 Ni2P 계열 촉매 존재 하에서, 2.69g/h·g-cat.의 속도로 반응을 진행하여, 연속적으로 생성되는 기체상의 생성물을 배출부(300)를 통해 배출하면서, 압력조절기(310)을 통해 400℃, 100atm의 조건이 유지되도록 하였다. 회수되는 기체상의 생성물은 냉각기를 통해 바로 10℃로 냉각하였으며, 냉각되지 않은 수소 기체는 다시 반응부에 투입하였다. 12시간 동안 반응을 진행하여 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 나프탈렌 등이 포함된 혼합물(제2혼합물) 48.8g을 수득하였다.
[비교예 1]
기존의 평류 반응기를 이용하였고, 반응 조건인 417℃에서 30atm이 유지되도록 500ml/min의 유량으로 수소 기체를 공급하고, 0.1ml/min의 유량으로 테트랄린을 공급하였으며, 총 공급된 수소 및 테트랄린의 몰 비가 30.4:1이 되도록 100g의 테트랄린 및 수소 기체를 공급하였다. 3g의 Ni2P 계열 촉매 존재 하에서, 2.91g/h·g-cat.의 속도로 반응을 진행하여, 연속적으로 생성되는 액체상의 생성물을 회수하였다. 12시간 동안 반응을 진행하여 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 나프탈렌 등이 포함된 혼합물(제2혼합물)을 수득하였다.
[비교예 2]
기존의 평류 반응기를 이용하였고, 반응 조건을 392℃, 30atm이 유지되도록 수소 기체를 공급한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일하게 진행하여, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 나프탈렌 등이 포함된 혼합물(제2혼합물)을 수득하였다.
[비교예 3]
기존의 평류 반응기를 이용하였고, 반응 조건을 417℃, 30atm이 유지되도록 수소 기체를 공급하였으며, 총 공급된 수소 및 테트랄린의 몰 비가 15.2:1이 되도록 100g의 테트랄린 및 수소 기체를 공급한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일하게 진행하여, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 나프탈렌 등이 포함된 혼합물(제2혼합물) 을 수득하였다.
상기 반응 조건을 정리하면 하기 표 1과 같다.
온도
(℃)		 압력
(atm)		 수소:원료
(몰비)		 반응 장치 생성물
회수 방법
실시예 1 400 100 3:1 본 발명 기체상 회수
비교예 1 417 30 30.4:1 평류 반응기 액체상 회수
비교예 2 392 30 30.4:1 평류 반응기 액체상 회수
비교예 3 417 30 15.2:1 평류 반응기 액체상 회수
< 실험예 >
상기 실시예 및 비교예에서 회수된 제2혼합물 내에 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠의 함량, 및 나프탈렌의 함량을 측정하여 하기 계산식에 의해 각 물질의 선택도 및 테트랄린 전환율을 계산하였다.
반응 선택도 = 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠의 몰수 / 총 생성물의 몰 수
나프탈렌의 선택도 = 나프탈렌의 몰수 / 총 생성물의 몰 수
테트랄린 전환율 = 반응 후 반응부 내에 남아있는 테트랄린의 몰 수 / 공급된 테트랄린의 몰 수
상기 계산 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
반응 선택도
 나프탈렌의
선택도		 테트랄린
전환율
실시예 1 0.5665 0.0013 0.9980
비교예 1 0.4201 0.1140 0.9350
비교예 2 0.4562 0.0715 0.6380
비교예 3 0.3445 0.1423 0.8950
실시예 1의 경우, 비교예 1 내지 3보다 적은 양의 수소를 사용했음에도 불구하고, 반응 선택도, 나프탈렌의 선택도, 및 테트랄린 전환율에 있어서 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.
특히, 테트랄린 전환율이 0.9980에 달해, 공급한 테트랄린이 거의 모두 반응에 참여한 것으로 나타났다. 이는 상술한 바와 같이, 기체상의 생성물을 선택적으로 회수함에 따라, 평형 이동에 의해 반응을 더욱 촉진시킬 수 있는 것에서 기인하는 것으로 설명할 수 있다.
반응 선택도에 있어서도, 0.5665로 가장 높은 값을 나타내어, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠의 수득률이 가장 높은 것을 확인할 수 있었는데, 이는 상술한 반응 촉진 효과 및, 반응기 내부에 체류하는 시간을 효과적으로 조절하고, 회수 후 바로 냉각시킴으로써, 추가적인 개환반응이나 부반응의 진행을 효과적으로 억제한 것에서 기인하는 것으로 설명할 수 있다.
나프탈렌 선택도에 있어서도, 가장 적은 양의 나프탈렌이 생성된 것을 확인할 수 있었다.
이에 비해, 비교예 1 내지 3의 경우는 실시예보다 많은 양의 수소를 사용했음에도 불구하고, 실시예보다 테트랄린 전환율이 낮은 것으로 나타났으며, 특히, 392℃에서 반응을 진행한 비교예 2의 경우, 가장 낮은 전환율을 보였다.
반응 선택도에 있어서, 상대적으로 적은 양의 수소를 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 보다 약 5배나 많은 수소를 사용했음에도 불구하고, 반응 선택도가 가장 낮아, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠의 수득률이 매우 낮은 것을 확인할 수 있었으며, 오히려 나프탈렌의 선택도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
100: 공급부
200: 반응부
300: 배출부
310: 압력조절기

Claims (14)

  1. 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 반응기 내부로 공급하는 단계;
    상기 제1혼합물 및 수소를 반응시키는 단계; 및
    상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 상기 반응기 외부로 배출하는 단계를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급 단계에서 제1혼합물은 액상으로 공급되고, 수소는 기상으로 공급되며, 상기 반응시키는 단계는 액상 반응으로 진행되는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물은 접촉개질유, 수소화처리유, 나프타, 열분해 가솔린, 콜타르, 및 경질순환유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물은 테트랄린 또는 테트랄린 유도체를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2혼합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 에틸메틸벤젠, 및 메시틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 촉매의 존재 하에 수행되는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계는; 상기 기체상으로 회수되는 제2혼합물 내에 상기 탄화수소 원료 및 상기 반응의 생성물의 부분압 비가 0.005:1 내지 0.1:1로 유지되는 온도 및 압력 하에 수행되는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계는 350 내지 450℃의 온도 및 60 내지 120atm의 압력 범위에서 수행되는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계는 공급되는 수소의 공급량 및 배출되는 기체상 제2혼합물의 배출량에 의해 일정하게 압력이 유지되는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배출하는 단계 이후, 기체상의 제2혼합물을 냉각하는 단계를 더 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계 이후, 상기 제2혼합물로부터 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 방법.
  12. 탄화수소 원료를 포함하는 제1혼합물 및 수소를 공급하는 공급부;
    상기 공급부로부터 공급된 제1혼합물 및 수소의 반응이 진행되는 반응부; 및
    상기 반응의 생성물을 포함하는 제2혼합물을 기체상으로 배출하는 배출부를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회수부는 상기 기체상으로 회수되는 제2혼합물의 회수량을 조절하여 반응부 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 압력조절기를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 회수부 후단에 연결되고, 상기 기체상으로 회수되는 제2혼합물을 액체상으로 냉각시키는 냉각기를 포함하는 방향족 탄화수소의 연속 제조 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10054787A1 (de) * 2000-11-04 2002-06-06 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von Mehr-Ring-Aromaten enthaltenden Kohlenwasserstoff-Strömen
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