KR100447857B1 - 탄화수소 유분내의 벤젠 및 경질 불포화 화합물의 함량을 선택적으로 감소시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 C₅ ⁺탄화수소를 포함하며 벤젠을 비롯한 하나이상의 불포화 C₆ ⁺화합물을 포함하는 장입물을 처리하는 방법에 관한 것으로서,

-수소화 영역과 연결되어 있으며, 장입물내에 포함되어 있는 불포화 C₆ ⁺화합물의 수소화 반응이 실시되며, 장입물이 제거 부위의 높이에서 제거되며, 액체의 적어도 일부분이 증류 영역으로 유동되며, 이의 유출물은 증류 영역에 재유입되어 증류 조작을 연속적으로 작동시키며, 증류 영역의 상부 및 기부에서의 유출물은 불포화 C₆ ⁺화합물을 거의 포함하지 않는, 하나이상의 촉매 베드를 포함하는 증류 영역내에서 상기 장입물을 처리하며;

-증류 영역의 상부에서 배출된 유출물을 C₅및/또는 C₆파라핀의 이성질체화 영역내에서 처리하도록 하는 방법에 관한 것이다.

Description

탄화수소 유분내의 벤젠 및 경질 불포화 화합물의 함량을 선택적으로 감소시키는 방법

본 발명은 실질적으로 분자당 C₅이상을 포함하는 탄화수소 유분내의 벤젠을 비롯한 경질 불포화 화합물(즉, 분자당 C₆이하를 포함함)의 함량을, 옥탄가를 크게 감소시키지 않으면서 선택적으로 감소시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 유분을 수소화 반응 영역과 연결된 증류 영역에 통과시키고, 이어서 대부분이 C₅-C₆탄화수소, 즉, 분자당 C₅및/또는 C₆탄화수소를 포함하는 상기 증류 영역으로부터의 유출물의 일부를 상기 파라핀 이성화 영역에 통과시키는 방법에 관한 것이다.

벤젠 및 올레핀, 불포화 화합물의 유독성을 고려하면, 일반적으로 가솔린 중의 이들 성분의 함량을 감소시키려는 것이 일반적인 추세에 있다.

벤젠은 발암 특성을 지녀서, 이를 실제로 자동차 연료에서 배제시켜 대기의임의의 가능한 오염을 최대로 제한해야 한다. 미국의 경우, 개질 연료는 벤젠을 1% 이하로 포함하여야만 하며, 유럽의 경우에는 규제가 아직까지 엄격하게 이루어지지 않는다 할지라도, 상기 수치로 점진적으로 감소시킬 것을 추천하고 있다.

올레핀은 질소 산화물과의 광화학 반응 사이클에서 가장 반응성이 큰 탄화수소 화합물인 것으로 알려져 있으며, 이러한 사이클은 대기 중에 발생하며 오존을 생성한다. 공기중 오존 농도의 증가는 호흡기 질환을 일으키는 원인이 되고 있다. 그러므로, 가솔린 중의 올레핀의 함량, 특히 연료의 조작시 기화되는 경향이 가장 큰 경질 올레핀의 함량을 감소시키는 것이 요구되고 있다.

가솔린 중의 벤젠의 함량은 가솔린 중의 개질물 성분에 따라 크게 좌우된다. 개질물은 나프타 촉매 처리로부터 생성되는데, 이러한 처리는 분자내에 주로 C₆-C₉을 포함하며, 이의 높은 옥탄가로 인해 가솔린에 안티녹킹 특성을 부여하게 되는 방향족 탄화수소 화합물을 생성하고자 하는 것이다.

전술한 유독성으로 인하여 개질물 중의 벤젠 함량을 최대로 감소시켜야 한다. 여러 가지 방법들이 고려되고 있다.

제1의 방법은 촉매 개질 유니트의 공급원료를 구성하는 나프타 중의 시클로헥산 및 메틸시클로펜탄과 같은 벤젠 전구체의 함량을 제한하는 것으로 이루어진다. 이러한 해결책은 개질 유니트로부터의 유출물 중의 벤젠 함량을 현저하게 감소시키지만, 1% 정도의 소량으로 함량을 감소시키는 것은 이러한 해결책만으로는 충분치 않다. 제2의 방법은 벤젠을 포함하는 개질물로부터 증류에 의해 경질 유분을제거하는 것으로 이루어진다. 이러한 해결책은 가솔린에서 가치가 큰 탄화수소의 15∼20% 정도로 감소시키게 된다. 제3의 방법은 개질 유니트로부터의 유출물 중의 벤젠을 추출시키는 것으로 이루어진다. 이론적으로는 수 개의 공지된 기술, 즉 용매 추출, 추출 증류, 흡착을 이용할 수 있다. 이들 기술들은 어느 것도 산업적인 규모로 적용된 적이 없는데, 이는 이들 기술이 벤젠을 경제적으로 선택 추출하지 못하기 때문이다. 제4의 방법은 벤젠을 화학적 전환시켜 법적 규제 대상이 아닌 성분으로 전환시키는 것으로 이루어진다. 에틸렌을 사용한 알킬화 반응에 의해 벤젠은 주로 에틸벤젠으로 전환된다. 그러나, 이러한 조작은 에너지 비용이 높은 분리를 필요로 하는 부반응이 개입되기 때문에 비용이 소요된다.

또한, 개질물 중의 벤젠은 시클로헥산으로 수소화될 수 있다. 톨루엔 및 크실렌을 포함하는 탄화수소 혼합물로부터 벤젠을 선택적으로 수소화시키는 것이 불가능하기 때문에, 수소화시킬 수 있는 벤젠만을 포함하는 유분을 분리하기 위해 이러한 혼합물을 미리 분별시켜야만 한다. 또한, 벤젠의 수소화 촉매는 기타의 방향족 화합물로부터 벤젠을 분리하는 증류 칼럼의 정류 영역에 포함되는 것으로 기재되어 있으며[문헌:Benzene Reduction, Kerry Rock 및 Gary Gildert CDTECH, 1994, Conference on Clean Air Act Implementation and Reformulated Gasoline, 1994년 10월], 이는 장치 경제성을 실현할 수 있다.

개질물 중의 벤젠의 수소화 반응으로 인해서 옥탄가가 저하된다. 이러한 옥탄가의 감소는 고옥탄가 화합물, 즉 MTBE 또는 ETBE와 같은 에테르 또는 분지 파라핀 탄화수소를 첨가함으로써 보충될 수 있다. 상기 분지 파라핀 탄화수소는 개질물자체에 의해, 선형 파라핀의 이성화 반응에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 직쇄 파라핀을 분지쇄 파리핀으로 전환시키는 이성화 촉매는 다른 화합물군의 탄화수소에 대해서 활성을 띠는 것으로 공지되어 있다. 공비 현상의 결과로서 벤젠의 증류에 의해, 예를 들면 시클로헥산은 부분적으로 메틸시클로펜탄으로 전환된다. 나프텐성 화합물의 반응은 촉매상에서 파라핀의 이성화 반응과 경쟁을 하게 되어 이의 진행을 감소시키게 된다. 반대로, 분자당 C₇이소파라핀은 분해증류로 처리하며, 이는 한편으로는 이성화 촉매의 점진적인 오염을 야기함으로써 활성이 감소되며, 다른 한편으로는 소정의 생성물, 즉 가솔린 중의 경질 개질물의 생성을 감소시키게 된다.

본 발명에 의한 방법은 전술한 단점들을 배제시키고자, 즉 벤젠 함량이 감소된 미정제 개질물로부터, 필요할 경우 벤젠이 거의 완전하게 제거된 개질물 뿐 아니라, 필요할 경우 분자당 C₆이하의 기타의 불포화 탄화수소, 예컨대 경질 올레핀이 거의 완전하게 제거된 개질물을 수율을 크게 감소시키지 않으면서 옥탄가를 거의 감소시키지 않거나 또는 증가시키면서 저렴한 비용으로 생성할 수 있다.

본 발명의 방법은 이성화 반응쪽으로 향하도록 증류물 중의 벤젠, 시클로헥산 및 분자당 C₇이소파라핀과의 공비에 의해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 대부분의 동반(entraintement)을 방지하도록 배치 및 작동되는 증류, 수소화 및 이성화의 3 종의 조작을 통합시킨 것을 특징으로 한다. 그래서, 본 발명에 의한 방법은벤젠 및, 공급원료 중에 임의로 존재할 수 있는, 분자당 C₆이하의 벤젠 이외의 임의의 불포화 화합물의 적어도 일부의 선택 수소화 반응을 실시한다.

본 발명의 방법은 대부분이 벤젠을 비롯한 분자당 C₆이하인 1종 이상의 불포화 화합물을 포함하며 분자당 C₅이상, 바람직하게는 C₅-C₉탄화수소로 이루어진 공급원료의 처리 방법에 관한 것으로서,

- 배출 영역 및 정류 영역을 포함하며, 수소화 반응 영역과 연결되어 있고, 1종 이상의 촉매상을 포함하는 증류 영역내에서 상기 공급원료를 처리하고, 상기 수소화 반응 영역에서, 수소화 촉매의 존재하에 그리고 바람직하게는 대부분의 수소를 포함하는 기체류의 존재하에, 분자당 C₆이하, 즉 분자당 탄소 원자 6 개까지 (6 포함) 포함하며 상기 공급원료에 포함된 적어도 일부분의 불포화 화합물의 수소화 반응을 수행하며, 상기 반응 영역내의 공급원료는 배출 레벨에서 배출되며 증류영역에서 유동되는, 바람직하게는 정류 영역에서 유동되는, 더욱 바람직하게는 정류 영역의 중간 레벨로 유동하는 적어도 일부분, 바람직하게는 대부분의 액체를 나타내고, 반응 영역의 유출물은 증류 영역에 적어도 일부분, 바람직하게는 대부분이 재유입되어 증류 조작을 연속적으로 작동하도록 하며, 최종적으로 증류 영역의 상부에서 분자당 C₆이하의 불포화 화합물의 함량이 크게 감소된 유출물이 배출되도록 하고, 또한, 증류 영역의 저부에서 분자당 C₆이하의 불포화 화합물의 함량이 감소된 유출물이 배출되도록 하며;

- 상기 증류 영역의 상부로부터 배출된, 분자당 C₅및/또는 C₆파라핀(즉, 분자당 C₅의 파라핀 및 분자당 C₆의 파라핀으로 이루어진 군에서 선택됨)을 포함하는 유출물의 적어도 일부분, 바람직하게는 대부분을, 임의로 대부분이 분자당 C₅및/또는 C₆를 포함하는 파라핀을 포함하는 다른 유분의 존재하에, 이성화 촉매의 존재하에 이성화 영역내에서 처리하여 이성화물을 얻는 방법에 관한 것이다.

대부분이 분자당 C₅및/또는 C₆를 포함하는 파라핀을 포함하는 다른 유분은 임의로 증류 영역의 상부에서 배출된 유출물의 일부와 함께, 이성화 공급원료 중에 존재할 수 있으며, 이는 당업자에게 공지된 모든 공급원으로부터 유래한다. 예를 들면, 나프타 분별 유니트로부터 생성된 소위 경질 나프타 유분을 언급할 수 있다.

증류 영역에 공급되는 공급원료는 일반적으로 적어도 상기 영역의 레벨에서, 바람직하게는 주로 상기 영역의 한 레벨에서만 주로 유입된다.

일반적으로, 증류 영역은 당업자에게 공지된 바와 같은 패널, 루즈 라이닝 및 구조 라이닝으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 내부 증류 부재가 장착된 1종 이상의 칼럼을 포함하여 총 효율이 적어도 이론상 5 이상의 단계에 해당되도록 한다. 하나의 단일 칼럼을 사용하여 발생하는 문제들이 당업자에게 주지되어 있으므로, 일반적으로 이러한 영역을 분할하여 최종적으로 2 이상의 컬럼을 사용하도록 하는 것이 바람직하며, 이러한 2 개의 컬럼은 말단-대-말단으로 배치되어 상기 영역을 형성하며, 즉 정류 영역 및, 임의로 반응 및 배출 구역이 컬럼에 배치되도록한다. 사실상, 반응 영역이 적어도 부분적으로 증류 영역의 내부일 경우, 정류 영역 또는 배출 영역, 바람직하게는 배출 영역은 반응 영역의 내부 부분을 포함하는 칼럼의 1 이상 다른 칼럼내에 존재할 수 있다.

일반적으로 수소화 반응 영역은 1종 이상의 수소화 촉매상, 바람직하게는 1∼4 개의 촉매상(들)를 포함하며; 2종 이상의 촉매상을 증류 영역에 포함시키는 경우, 이들 2 개의 상은 임의로 1종 이상의 증류 영역의 내부 부재에 의해 분리될 수 있다. 수소화 반응 영역은 공급원료내에 존재하는 벤젠의 적어도 부분적인 수소화 반응을 실시하여 상부로부터의 유출물 중의 벤젠 함량은 소정의 함량 이하가 되며, 상기 반응 영역은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 대부분이 임의로 공급 원료 중에 존재하는, 분자당 C₆이하를 포함하며 벤젠 이외의 임의의 불포화 화합물의 수소화 반응을 수행하게 된다.

본 발명의 제1구체예에 의하면, 본 발명의 방법은 수소화 반응 영역이 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전부 증류 영역의 내부에서 수행된다. 그래서, 증류 영역 내부에 있는 반응 영역의 일부에 대해서, 액체의 배출은 증류 영역 내부에 있는 반응 영역 일부로의 유동에 의해 자연적으로 이루어지고 그리고, 증류 영역으로의 유출물의 재유입은 증류 영역의 내부에 있는 반응 영역으로부터의 액체의 유동에 의해 자연적으로 수행되어 증류의 연속성을 보장하게 된다. 또한, 본 발명의 방법은 수소화 반응 영역의 내부 부분의 모든 촉매상에 대하여, 수소화 처리하고자 하는 액체의 유동은 수소를 포함하는 기체류의 유동과 병류가 되도록 하는 것이 바람직하고, 수소화 반응 영역의 내부 부분의 모든 촉매상에 대하여, 수소화 처리하고자 하는 액체 유동이 수소를 포함하는 기체류의 유동과 병류가 되며, 증류 증기는 상기 액체로부터 분리되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

제1구체예와는 별도로, 본 발명의 제2구체예에 의하면, 본 발명의 방법은 수소화 반응 영역이 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전부 증류 영역의 외부에서 수행된다. 그래서, 탈수소화 영역의 외부 부분의 1 이상의 촉매상의 유출물은 일반적으로 거의 임의의 배출 레벨에 근접하게, 바람직하게는 상기 촉매상에 공급된 배출 레벨에 근접하게 재유입된다. 일반적으로, 본 발명에 의한 방법은 수소화 반응 영역의 외부 부분에 공급되는 1∼4개의 배출 레벨(들)을 포함한다. 이 경우, 2 가지 경우가 있다. 제1의 경우, 수소화 반응 영역의 외부 부분에는 하나의 단일 배출 레벨이 제공되어 상기 부분이 2 이상의 반응기내에 분배된 2 이상의 촉매상을 포함할 경우, 상기 반응기는 직렬 또는 평행하게 배치된다. 본 발명에 의한 바람직한 예가 되는 제2의 경우, 수소화 반응 영역의 외부 부분에는 2 이상의 배출 레벨이 제공된다.

상기 언급된 두 구체예들의 조합형인 본 발명의 제3구체예에 의하면, 본 발명의 방법은 수소화 반응 영역이 증류 영역내에, 즉 증류 영역의 내부에 부분적으로 그리고, 증류 영역의 외부에 부분적으로 동시에 포함된다. 바람직한 구체예에 의하면, 수소화 반응 영역은 2 이상의 촉매상을 포함하는데, 1 이상의 촉매상은 증류 영역 내부에 위치하고, 1종 이상의 다른 촉매상은 증류 영역 외부에 위치한다. 수소화 반응 영역의 외부 부분이 2 이상의 촉매상을 포함할 경우, 각각의 촉매상은하나의 단일 배출 레벨에 의해서만, 바람직하게는 수소화 반응 영역의 외부 부분의 상기 촉매상의 유출물이 재유입되는 하나의 단일 레벨과 연결된 배출 레벨에 의해 제공되며, 상기 배출 레벨은 다른 촉매상(들)를 공급하는 배출 레벨과는 별개이다. 일반적으로, 부분적으로 또는 전부 수소화 시키고자 하는 액체는 우선 수소화 반응 영역의 외부 부분에서 순환된 후, 상기 영역의 내부 부분으로 순환된다. 증류 영역의 내부에 있는 반응 영역 부분은 제1구체예에 대해 언급한 특징을 갖는다. 증류 영역의 외부에 있는 반응 영역 부분은 제2구체예에 대해 언급한 특징을 갖는다.

전술한 구체예들과는 완전 별개의 본 발명의 제4구체예에 의하면, 본 발명의 방법은, 수소화 반응 영역의 모든 촉매상에 대하여, 수소화 처리하고자 하는 액체의 유동이 수소를 포함하는 기체류의 유동과 병류 또는 역류, 바람직하게는 병류가 되도록 한다.

본 발명의 방법에 의한 수소화 반응을 수행하기 위해서, 벤젠의 소정의 전환에 필수적인 수소의 몰비 이론치는 3이다. 수소화 반응 영역 이전 또는 영역 내에서의 기체류내에 분배되는 수소 함량은 임의로 이러한 화학량론에 대하여 과량이 되며, 이로 인해서, 공급원료 중에 존재하는 벤젠 이외에, 상기 공급원료 중에 존재하는 분자당 C₆이하의 모든 불포화 화합물의 적어도 일부분을 수소화 처리하여야만 한다. 과량의 수소가 존재하는 경우, 예를 들면 하기의 기법 중 하나에 의해 회수되는 것이 이롭다. 제1의 기법에 의하면, 증류 영역의 상부로부터 유출된 과량의 수소를 회수한 후, 압축시키고 수소화 반응 영역내에서 재사용된다. 제2의 기법에의하면, 증류 영역의 상부로부터 유출된 과량의 수소를 회수한 후, 압축시키고, 이 성화 영역에서 재사용된다. 제3의 기법에 의하면, 증류 영역의 상부로부터 유출된 과량의 수소를 회수한 후, 촉매 개질 유니트와 연결된 압축 단계의 상류에서, 상기 유니트로부터 생성된 수소와 혼합되어 주입되며, 상기 유니트는 저압, 일반적으로는 8 bar(1 bar=10⁵Pa) 이하의 압력에서 작동되는 것이 바람직하다.

분자당 C₆이하를 포함하며, 기체류에 포함된 불포화 화합물의 수소화 반응을 위한 본 발명에 사용된 수소는 순도가 50 부피% 이상, 바람직하게는 80 부피% 이상, 더욱 바람직하게는 90 부피% 이상인 수소를 생성하는 임의의 공급원으로부터 유래된 것일 수 있다. 예를 들면, 촉매 개질법, 메탄화 반응, P.S.A.(=압력 변화에 의한 흡착), 전기 화학적 생성, 증기 분해 또는 증기 개질로부터 생성된 수소를 언급할 수 있다. 또한, 수소화 공정에 투입된 수소를 이성화 단계에 통과시키는 것을 고려할 수 있다. 이러한 경우, 수소는 이성화 유니트에 투입되어 탄소 증착에 의한 이성화 촉매의 탈활성화를 지연시킨다. 이성화 영역에서 소비되지 않은 수소를 정제한 후, 수소화 유니트에 사용할 수 있다.

전술한 것과는 별도로, 본 발명 방법의 바람직한 실현예 중 하나는 증류 영역의 저부로부터의 유출물을 이성화 유출물과 적어도 부분적으로 혼합하는 것이다. 그리하여 얻은 혼합물은 가능한 한 안정화된 후, 직접 또는 연료 유분에 혼입하여 연료로서 사용한다.

일반적으로 작동 조건은 증류물/공급원료비와 같이 반응성 증류의 전문가에게 공지된 공급원료 유형 및 기타의 변수와 관련하여, 증류 영역 상부로부터의 유출물이 실질적으로 시클로헥산 및 분자당 C₇이소파라핀을 거의 포함하지 않도록 적합하게 선택하여야 한다. 그래서, 본 발명의 방법은 일반적으로, 증류 영역의 상부로부터의 유출물이 시클로헥산 및 분자당 C₇이소파라핀을 거의 포함하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

수소화 반응 영역이 적어도 부분적으로 증류 영역에 포함될 경우, 수소화 촉매는 접촉 증류를 수행하도록 제안된 각종의 기법에 의하여 상기 혼입된 부분에 배치될 수 있다. 이러한 기법에는 주로 두가지 유형이 있다.

제 1 유형의 기술에 의해, 반응 및 증류 조작은 특허 출원 제 WO-A-90/02603 호, 특허 제US-A-4,471,154호, 제US-A-4,475,005호, 제US-A-4,215,011호, 제US-A-4,307,254호, 제US-A-4,336,407호, 제US-A-4,439,350호, 제US-A-5,189,001호, 제US-A-5,266,546호, 제US-A-5,073,236호, 제US-A-5,215,011호, 제US-A-5,275,790호, 제US-A-5,338,517호, 제US-A-5,308,592호, 제US-A-5,236,663호, 제US-A-5,338,518호 및 특허 제EP-B1-0,008,860호, 제EP-B1-0,448,884호, 제EP-B1-0,396,650호, 제EP-B1-0,494,550호 및 EP-A1-0,559,511호에 개시된 바와같은 동일한 물리적 공간내에서 동시에 실시될 수 있다. 그리하여, 촉매는 일반적으로 증류 영역의 상부에 유입된 리플럭스에 의해 생성된 하강 액체상과, 상기 영역의 저부에 유입된 리보일링 증기에 의해 생성된 상승 증기상과 접촉하게 된다. 상기 유형의 기법에 의하면, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 반응 영역에 필요한 수소를 포함하는 기체류는 실질적으로 반응 영역의 1 이상의 촉매상의 유입구에서 증기상과 합류되도록 할 것이다.

제2유형의 기법에 의하여, 제US-A-4,847,430호, 제US-A-5,130,102호 및 제 US-A-5,368,691호에 개시된 바와 같이 반응 및 증류 조작은 독립적으로 그리고 연속적으로 수행되도록, 예를 들면 증류 영역으로부터의 증기는 반응 영역내의 모든 촉매상을 거의 통과하지 않도록 촉매를 배치한다. 본 발명의 방법은 수소화 처리하고자 하는 액체의 유동이 수소를 포함하는 기체류와 병류이며, 증류 증기가, 수소화 반응 영역의 내부에 있는 모든 촉매상에 대해, 촉매와 실제로 접촉하지 않게 되는 것(이는 사실상 상기 증기가 수소화 처리하고자 하는 액체와 분리되어 있다는 사실에 의해 입증됨)이 일반적이다. 상기 제2유형의 기법의 각각의 경우에 있어서, 증류 영역 내부에 있는 반응 영역 부분에서의 모든 촉매상은, 수소를 포함하는 기체류 및, 이로부터 반응하는 액체류가 일반적으로 상승 병류이며, 상기 상을 통하여 유동되는 것이 일반적이나, 전체적으로는 접촉 분해 영역 내에서, 수소를 포함하는 기체류 및 이로부터 반응하는 액체류는 역류로 순환된다. 이러한 시스템은 일반적으로 반응 영역의 모든 촉매상에서 예를 들면 액체 배분기가 될 수 있는 액체의 분배 장치 1 이상을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 기법은 액체 반응물 상호간에 발생하는 접촉 반응에 대하여 공지되어 있는 한, 이들은 수소화 접촉 반응에 대하여 변형시키지 않으면 부적합하게 되는데, 이러한 반응에서는 반응물 중 하나인 수소가 기체 상태이기 때문이다. 수소화 반응 영역의 내부 부분의 모든 촉매상의 경우, 일반적으로 예를 들면 후술하는 3 가지의 기법 중 하나에 의해 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치를 부가하여야만 한다. 그래서, 수소화 반응 영역의 내부 부분은, 수소화 반응 영역의 내부 부분의 모든 촉매상에 대하여 액체 분배 장치 1 이상 및, 수소를 포함하는 기체류 분배 장치 1 이상을 포함한다. 제1의 기법에 의하면, 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치는 액체 분배 장치 전에, 그리하여 촉매상의 전에 배치된다. 제2의 기법에 의하면, 수소를 포함하는 기체류가 촉매상 전에 액체내에 유입되도록 하기 위해, 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치는 액체의 분배 장치의 레벨에 배치된다. 제3의 기법에 의하면, 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치는 액체 분배 장치 후, 그리하여 촉매상 중에, 바람직하게는 상기 촉매상 중의 액체 분배 장치로부터 멀지 않은 곳에 배치한다. 여기서 본 명세서에 사용된 용어 "전" 및 "후"는 촉매상을 통과하는 액체의 순환 방향에 대한 것으로, 즉 일반적으로는 상승 방향에 대한 것으로 이해한다.

본 발명 방법에 의한 바람직한 실현예 중의 하나는, 수소화 반응 영역의 내부 부분의 촉매가 특허 제US-A-5,368,691호에 개시된 기본 장치에 의해 반응 영역내에 배치되고, 증류 영역 내부의 모든 촉매상에 전술한 3 가지 기술 중 하나에 의해 저부에 규칙적으로 분배된, 수소를 포함하는 기체류가 공급되도록 배열된다. 이러한 기법에 의하면, 증류 영역이 하나의 칼럼만을 포함하며, 수소화 반응 영역이 상기 칼럼의 내부에 전부 있을 경우, 증류 영역 내부의 모든 촉매상에 포함된 촉매는 증류 칼럼의 상부에 유입된 리플럭스에 의해 생성된 상승 액체상과, 액체와 동일한 방향으로 순환하는 수소를 포함하는 기체류와 접촉하게 되며; 증기 기체상과의 접촉은 특수 배치된 도관(cheminee)을 통해 이동하도록 하여 증류 조작의 증기상과의 접촉을 방지한다.

수소화 반응 영역이 적어도 부분적으로 증류 영역의 내부에 있을 경우, 증류 영역 내부의 수소화 반응 영역 부분의 작동 조건은 증류 조작에 대한 작동 조건과 연관되어 있다. 증류는, 저부 생성물이 공급원료의 대부분의 시클로헥산 및 C₇이소파라핀을 포함할 뿐 아니라, 벤젠의 수소화 반응에 의해 형성된 시클로헥산을 포함하도록 수행한다. 이는 압력 2∼20 bar, 바람직하게는 4∼10 bar(1 bar=10⁵Pa), 환류비 1∼10, 바람직하게는 3∼6에서 수행된다. 상기 영역 상부의 온도는 40℃∼180℃, 상기 영역 저부의 온도는 120℃∼280℃이다. 수소화 반응은 증류 영역의 상부 및 저부에서 설정된 것의 중간 조건하에서, 온도 100℃∼200℃, 바람직하게는 120℃∼180℃에서, 압력 2∼20 bar, 바람직하게는 4∼10 bar에서 수행된다. 수소화 반응으로 처리될 액체는 수소를 포함하는 기체류에 의해 공급되며, 이의 유량은 상기 액체 중의 벤젠의 농도, 구체적으로는 증류 영역내의 공급원료의 분자당 C₆이하의 불포화 화합물의 농도에 따라 좌우된다. 통상적으로 해당 수소화 반응 (수소화 공급원료 중에 포함된 분자당 C₆이하의 기타의 불포화 화합물 및 벤젠의 수소화 반응)의 화학량론에 상응하는 유량과 적어도 동일하며, 화학량론의 10 배 이하, 바람직하게는 화학량론의 1∼6 배, 더욱 바람직하게는 화학량론의 1∼3 배가 된다.

수소화 반응 영역이 부분적으로 증류 영역의 외부에 위치할 경우, 상기 외부 부분에 배치된 촉매는 증류 영역의 작동 조건과 별도로 또는 이에 의하여, 바람직하게는 별도의 작동 조건(온도, 압력 등)하에서 당업자에게 공지된 모든 기법에 의해 수행된다.

증류 영역 외부의 수소화 반응 영역 부분에서의 작동 조건은 하기와 같다. 수소화 단계에 필요한 압력은 일반적으로 1∼60 bar의 절대 압력, 바람직하게는 2∼50 bar , 더욱 바람직하게는 5∼35 bar이다. 수소화 반응 영역 외부 부분의 작동 온도는 일반적으로 100℃∼400℃, 바람직하게는 120℃∼350℃, 더욱 바람직하게는 140℃∼320℃이다. 상기 수소화 반응 영역 외부 부분내의 공간 속도는 촉매를 기준으로 하여 1∼50 시^-1, 특히 1∼30 시^-1(촉매 단위 부피당 단위 시간당 공급원료의 부피)가 된다. 해당 수소화 반응의 화학량론에 해당하는 수소 유량은 상기 화학량론의 0.5∼10 배, 바람직하게는 상기 화학량론의 1∼6 배, 더욱 바람직하게는 상기 화학량론의 1∼3 배이다. 그러나, 본 발명의 영역내의 온도 및 압력 조건은 증류 영역의 상부 및 저부 사이에서 설정된 것 중 어느 것에 해당될 수 있다.

일반적으로, 증류 영역에 대한 수소화 반응 영역의 위치가 어떠하던지 간에 본 발명의 방법에 의한 수소화 반응 영역에 사용된 촉매는 그 상태대로 사용되거나 또는 바람직하게는 지지체 상에 지지되어 니켈 및 백금으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함한다. 일반적으로 이러한 금속은 총 중량의 50 중량% 이상으로 환원 형태이어야 한다. 그러나, 당업자에게 공지된 모든 기타의 수소화 촉매를 선택할 수도 있다.

백금을 사용할 경우, 촉매는 촉매를 기준으로 하여 0.2∼2중량% 비율로 1종 이상의 할로겐을 포함할 수 있는 것이 이롭다. 염소 또는 불소 또는 이들의 조합물을 촉매의 총 중량을 기준으로 하여 0.2∼1.5 중량% 비율로 사용하는 것이 바람직하다. 백금을 포함한 촉매를 사용할 경우, 촉매는 일반적으로 백금 결정체의 평균입도가 60×10^-10m 이하, 바람직하게는 20×10^-10m 이하, 더욱 바람직하게는 10×10^-10m인 것을 사용한다. 또한, 촉매의 총 중량을 기준으로 하여 백금의 함량은 일반적으로는 0.1∼1%, 바람직하게는 0.1∼0.6%이다

니켈을 사용할 경우, 촉매의 총 중량을 기준으로 하여 니켈의 함량은 5∼70%, 특히 10∼70%, 바람직하게는 15∼65%이다. 또한, 촉매는 니켈 결정체의 평균입도가 100×10^-10m 이하, 바람직하게는 80×10^-10m 이하, 더욱 바람직하게는 60×10×10^-10m 이하인 것을 사용한다.

지지체는 일반적으로 알루미나, 실리카-알루미나, 실리카, 제올라이트, 활성탄, 점토, 알루미나 시멘트, 희토류 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물 그 자체 또는 조합물로 구성된 군에서 선택된다. 비표면적이 30-300 ㎡/g, 바람직하게는 90∼260 ㎡/g인 알루미나 또는 실리카계 지지체를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 이성화 영역에 사용된 이성화 촉매는 일반적으로 2 가지 유형이 있다. 그러나, 당업자에게 공지된 모든 기타의 이성화 촉매를 선택할 수도 있다.

제1유형의 촉매는 알루미나계 촉매이다. 이는 원소 주기율표상의 VIII족 원소의 금속 1종 이상 및, 알루미나를 포함하는 지지체를 포함하는 것이 바람직하다.1종 이상의 할로겐, 바람직하게는 염소를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 발명에 의한 바람직한 촉매는 η-알루미나 및/또는 γ-알루미나로 이루어진 지지체상에 지지된 VIII족 금속 1종 이상을 포함하며, 예를 들면 상기 지지체는 η-알루미나 및 γ-알루미나로 이루어지며, η-알루미나의 함량은 지지체 중량을 기준으로 하여 85∼95 중량%, 바람직하게는 88∼92 중량%, 더욱 바람직하게는 89∼91 중량%이며, 지지체의 100 중량%까지의 나머지는 γ-알루미나로 이루어진다. 그러나, 촉매 지지체는 예를 들면 거의 γ-알루미나로 이루어질 수 있다. VIII족 금속은 백금, 팔라듐 및 니켈로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명에 임의로 사용될 수 있는 η-알루미나는 비표면적이 400∼600 ㎡/g, 바람직하게는 420∼550 ㎡/g이며, 총 공극 부피는 0.3∼0.5 ㎤/g, 바람직하게는 0.35∼0.45 ㎤/g이다.

본 발명에 임의로 사용될 수 있는 γ-알루미나는 비표면적이 150∼300 ㎡/g, 바람직하게는 180∼250 ㎡/g이며, 총 공극 부피는 0.4∼0.8 ㎤/g, 바람직하게는 0.45∼0.7 ㎤/g이다.

상기 2 가지 유형의 알루미나를 혼합 사용할 경우, 이들은 당업자에게 공지된 모든 기법에 의해 정의된 비율로 다이를 통한 압출, 펠릿 형성 또는 과립상 형성에 의해 혼합되고 성형된다.

본 발명의 방법에 의한 이성화 영역에 사용된 제2유형의 촉매는 제올라이트계 촉매, 즉 1종 이상의 VIII족 금속 및 제올라이트를 포함하는 촉매이다. 상기 촉매에는 각종 제올라이트가 사용될 수 있으며; 상기 제올라이트는 Ω제올라이트 또는 모데나이트로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 모데나이트는 Si/Al(원자) 비가 5∼50, 바람직하게는 5∼30이며, 나트륨 함량은 0.2 중량% 이하(건조 제올라이트의 중량을 기준으로 하여), 바람직하게는 0.1 중량% 이하이며, 기본 메쉬의 메쉬 부피 V는 2.78∼2.73 nm³, 바람직하게는 2.77∼2.74 nm³이며, 벤젠 흡착 용량은 5% 이상(건조 고체 중량을 기준으로 하여), 바람직하게는 8% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 방법으로 제조된 모데나이트를 일반적으로 무정형인 (알루미나, 실리카 알루미나, 카올린 등) 매트릭스와 혼합하고, 당업자에게 공지된 임의의 방법(압출, 펠릿 형성, 과립 형성)으로 성형한다. 그리하여 얻은 지지체의 모데나이트 함량은 40 중량% 이상, 바람직하게는 60중량% 이상이어야 한다.

마자이트 또는 Ω 제올라이트계 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제올라이트는 SiO₂/Al₂O₃몰비가 6.5∼80, 바람직하게는 10∼40이며, 나트륨 함량은 건조 제올라이트 중량을 기준으로 0.2 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량% 이하이다. 이는 "a" 및 "c" 결정 변수가 각각 1.814 m 이하 및 0.760 nm 이하 (1 nm=10^-9m), 바람직하게는 1.814 nm∼1.794 nm 및 0.760 nm∼0.749 nm이며, 0.19 bar의 분압하에, 77K에서 측정된 질소 흡착 용량은 약 8 중량% 이상, 바람직하게는 약 11 중량% 이상이다. 이의 공극 분포는 직경(BJH법에 의해 측정함)이 1.5∼14 nm, 바람직하게는 2.0∼8.0 nm(메소공극)인 공극에 포함된 공극 부피의 5∼50%이다. 일반적으로, 결정도 DX율(X선 회절도에 의해 측정)은 60% 이상이다.

그리하여 얻은 제올라이트 지지체는 비표면적이 일반적으로 300-550 ㎡/g,바람직하게는 350∼500 ㎡/g이며, 공극 부피는 일반적으로 0.3∼0.6 ㎡/g, 바람직하게는 0.35∼0.5 ㎤/g 이다.

이성화 촉매 지지체(알루미나 또는 제올라이트)와는 별도로, 1종 이상의 VIII족 수소화 금속, 바람직하게는 백금, 팔라듐 및 니켈로 구성된 군에서 선택되는 금속은 예를 들면 백금에 있어서, 지지체가 알루미나인 경우 헥사클로로백금산의 형태로 음이온 교환에 의해 그리고, 지지체가 제올라이트인 경우 테트라아민 염화백금을 사용한 양이온 교환에 의해 당업자에게 공지된 임의의 기법을 사용하여 지지체상에 지지된다.

백금 또는 팔라듐의 경우에는 이의 함량이 0.05∼1 중량%, 바람직하게는 0.1∼0.6 중량%이다. 니켈의 경우에는 이의 함량이 0.1∼10 중량%, 바람직하게는 0.2-5 중량%이다.

이와 같이 하여 제조된 이성화 촉매는 수소하에 환원될 수 있다. 지지체가 알루미나계인 경우, 상기 촉매는 당업자에게 공지된 임의의 할로겐화 화합물, 바람직하게는 염소화 화합물, 예를 들면 사염화탄소 또는 퍼클로로에틸렌을 사용한 할로겐화 처리, 바람직하게는 염소화 처리된다. 상기 최종 촉매의 할로겐, 바람직하게는 염소 함량은 5∼15 중량%, 바람직하게는 6∼12 중량%이다. 상기 촉매의 할로겐화 처리, 바람직하게는 염소화 처리는 공급원료의 (현장내) 투입 이전에 유니트에 직접 또는 현장외에서 실시할 수 있다. 상기의 경우, 할로겐화 처리, 바람직하게는 염소화 처리를 수소하의 촉매의 환원 처리 이전에 실시할 수 있다.

이성화 영역에 사용된 작동 조건은 일반적으로 하기 기재된 바와 같이 촉매의 유형에 따라 좌우된다.

제1유형의 알루미나계 촉매를 사용할 경우, 온도는 일반적으로 80℃∼300℃, 바람직하게는 100℃∼200℃이다. 수소 분압은 0.1∼70 bar, 바람직하게는 1∼50 bar이다. 공간 속도는 촉매 1 ℓ당 시간당 액체 탄화수소 0.2∼10 ℓ, 바람직하게는 0.5∼5 ℓ이다. 이성화 영역의 유입구에서의 탄화수소에 대한 수소의 몰비는 이성화물 중의 탄화수소에 대한 수소의 몰비로서 0.06 이상, 바람직하게는 0.06∼10이다.

제2유형의 제올라이트계 촉매를 사용할 경우, 온도는 일반적으로 200℃∼300℃, 바람직하게는 230℃∼280℃이며, 수소 분압은 0.1∼70 bar, 바람직하게는 1∼50 bar이다. 공간 속도는 촉매 1 ℓ당 시간당 액체 탄화수소 0.5∼10 ℓ, 바람직하게는 1∼5 ℓ이다. 이성화물내의 탄화수소에 대한 수소의 몰비는 여러 가지가 될 수 있으며, 일반적으로 0.07∼15, 바람직하게는 1∼5이다.

도 1∼도 3은 본 발명의 방법에 의한 개략도를 각각 예시한다. 유사한 장치는 도면에서 동일한 숫자로 표시한다.

본 방법의 제1실현예는 도 1에 예시되어 있다. 일반적으로 소량의 C₄ ^-탄화수소를 포함하는 미정제 C₅ ⁺개질물을 라인(1)을 통해 칼럼(2)으로 이송한다. 상기 칼럼은 내부 증류 부재를 포함하며, 예를 들면 도 1의 경우에는 도면에 점선으로 부분적으로 도시한 판 또는 라이닝 형태를 갖는다. 또한, 1종 이상의 내부 촉매부재(3)를 포함하는데, 이는 내부 증류 부재와 교차 배치될 수 있는 수소화 촉매를 포함한다. 내부 촉매 부재는 라인(4c) 및 (4d)을 경유하여 이의 저부에 라인(4)에 이어 라인(4a) 및 (4b)로부터 배출된 수소를 공급한다. 칼럼의 저부에서는 주로 C₇이상의 탄화수소로 이루어진 개질물의 휘발성이 적은 분획을 라인(5)을 통해 회수하고, 교환기(6)에서 리보일링 처리되어 라인(7)을 경유하여 배출된다. 리보일링 처리된 증기는 라인(8)을 경유하여 칼럼에 재유입된다. 칼럼의 상부에서 주로 분자당 C₆이하의 경질 탄화수소 증기를 라인(9)을 경유하여 응축기(10)로 이송한 후, 구형 플라스크(11)로 이송하며, 여기서 액체상 및, 주로 과량의 수소로 이루어진 증기상이 분리되어 라인(16)을 경유하여 이송한 후, 라인(4a) 및 (4b)를 경유한 후, 라인(4c) 및 (4d)를 경유하여 이송한다.

증기상을 라인(14) 및 (15)를 통해 구형 플라스크에서 배출시킨다. 임의로 유분을 라인(16)을 경유하여 칼럼으로 재순환시킨 후, 도 1에 도시하지 않은 장치를 사용하여 다시 가압시킨다.

구형 플라스크(11)내의 액체상은 라인(12)을 경유하여 일부분을 다시 칼럼의 상부로 회송하여 환류시킨다. 나머지 부분은 라인(13)을 경유한 후, 라인(17)을 경유하여 이성화 반응기(18)로 이송한다. 수소 유동(y)은 임의로 라인(4)를 경유한 후, 라인(4a)를 경유하여 첨가된다. 이성화물을 라인(19)을 경유하여 회수, 냉각시키고, 주로 수소로 이루어진 증기상이 분리되는 구형 플라스크(20)로 이송하고, 어 라인(22)에 이어서 라인(23)을 경유하여 배출되며, 임의로 정제 후에 라인(24)에이어서, 라인(4a), (4b) 및 (4c) 또는 (4d)를 경유하여 수소 회로로 재순환시킨다.

액체상을 라인(21)을 경유하여 배출시키고, 필요할 경우 안정화시킨 후, 분자당 C₆이하의 불포화 화합물을 거의 포함하지 않으면서 옥탄가는 높은 가솔린 성분이 형성된다.

도 2에 제시된 본 방법의 제2실현예에 의하면, 일반적으로 소량의 C₄- 탄화수소를 포함하는 미정제 C₅ ⁺개질물을 라인(1)을 경유하여 내부 증류 장치가 구비된 증류 칼럼(2)으로 이송하고, 이는 도 2의 경우에는 액체상을 위한 배출판 (또는 배출판)과 같은 증류판이 될 수 있다. 라인(25)을 경유하여 배출판으로부터 배출된 액체상을 라인(4), (4a) 및 (4b)을 경유하여 이송되는 수소와 접촉시키고, 이를 수소화 반응기(33)로 이송한다. 수소화 반응기는 도 2에 도시된 바와 같이 상승류 또는 하강류로서 작동될 수 있다. 이러한 반응기로부터의 유출물은 라인(26)을 경유하여 회수되며, 일반적으로 상기 판과 인접한 배출판 아래에 배치된 증류 영역의 상부 부분내에서 라인(27)에 이어서 라인(32)를 경유하여 증류 칼럼으로 재순환된다. 일반적으로, 최대 4개의 수소화 반응기는 증류 영역의 외부에 배치될 경우, 배출 레벨(들)의 수와는 별도로 수소화 반응 영역을 이룰 수 있다.

이러한 방법의 한 변형예에 의하면, 라인(26)을 경유하여 회수된 반응기의 유출물의 전부 또는 일부를 냉각시키고(교환기는 도시되지 않음), 라인(28)을 경유하여 구형 플라스크(29)로 이송하며, 이 구형 플라스크에서는 라인(30)을 경유하여 배출되는 수소 함량이 높은 증기상과, 라인(3l) 및 (32)를 경유하여 칼럼(2)로 재순환되는 액체상으로 분리된다. 칼럼의 상부 및 저부로부터의 유출물은 상기 방법의 제1구체예에 대해 기재된 바와 같은 방법으로 처리된다.

도 3에 도시된 본 방법의 제3의 변형예에 의하면, 수소화 반응 영역은 본 발명의 제1변형예에 대해 기재된 바와 같이 증류 칼럼의 내부 부분과, 본 발명의 제2변형예에 대해 기재된 바와 같이 증류 칼럼의 외부 부분으로 나뉘게 된다.

도 1 내지 도 3 은 본 발명 방법 수행의 구체예의 개략도를 각각 예시한다.

도 4 는 촉매 셀의 구조 및 컬럼내의 배치를 예시한다.

하기의 실시예는 도 1에 예시된 본 발명의 특정 유형을 예시한다.

실시예 1

직경이 50 mm인 금속 증류 칼럼을 사용하였으며, 이는 칼럼내에서 설정된 온도 구배를 재현할 수 있을 정도로 온도가 조절되는 가열 자켓에 의해 단열 상태가 된다. 높이는 4.5 m이며, 칼럼은 상부로부터 저부에 걸쳐서, 배출구 및 하강관이 구비되어 있는 11 개의 천공판으로 이루어진 정류 영역, 접촉 수소화 증류 영역 및, 63개의 천공판으로 이루어진 배출 영역을 포함한다. 접촉 수소화 증류 영역은 3개의 접촉 증류쌍으로 이루어지며, 이들 쌍은 그 자체가 3개의 천공판으로 둘러싸인 촉매 셀로 이루어진다. 촉매 셀의 상세한 구조 뿐 아니라, 칼럼내의 배치는 도 4에 예로서 예시되어 있다. 촉매 셀(41)은 컬럼의 내경보다 2 mm 작은 외경을 갖는, 평평한 저부를 갖는 원통형 용기로 이루어져 있다. 촉매 셀(41)의 하부에는 저부의 위에 그리드(42)가 구비되어 있으며, 이는 촉매를 지지하는 역할을 함과 동시에, 수소용 액체 분배기의 역할도 한다. 촉매 셀(41)의 상부에는 촉매의 지지 그리드(43)가 구비되어 있는데, 이의 높이는 변형될 수 있다. 촉매(44)는 이들 2개의그리드 사이의 전 용적을 차지한다. 촉매 셀은 하강 컬럼(46)에 의하여 상부 증류판(45)으로부터 배출된 액체를 수용한다. 상승 방향으로 셀에 액체를 통과시킨 후, 액체는 하강관(47)으로 범람에 의해 배출되며, 하부 증류판(48)상에 유동된다. 하부판(48)으로부터의 증기는 셀에 고정되어 있는 중앙 도관(49)으로 가서 오리피스(50)(도면상에는 1개만이 제시되어 있음)를 통과하며, 오리피스(51)(도면상에는 1개만이 제시되어 있음)를 통해 상부판(45)의 아래로 배출된다. 수소는 튜브(52)를 통해, 그리고 이어서 셀의 주변에서 저부와 바로 인접하게 배치된 오리피스(53)(총 6개)를 통하여 촉매 셀의 저부에 유입된다. 유체밀봉성 조인트(54)는 촉매상에 도달하기 전에 수소의 누출을 방지한다.

3개의 셀 각각은 PROCATALYSE에서 LD 746으로 시판하는 36 g의 니켈 촉매로 라이닝 처리된다. 주로 분자내에 C₅이상인 탄화수소로 거의 이루어진 250 g/시의 개질물을 칼럼의 저부로부터 37번째 판에 유입하며, 이의 조성은 하기 표 1의 두번째 열에 기재한다. 4.5 Nl/시 유량의 수소를 각각의 셀의 저부에 유입한다. 리플럭스비를 5로 설정하고, 저부 온도를 195℃로, 절대 압력을 6 bar로 조절하여 칼럼을 작동시킨다.

안정화된 작동시에, 잔류물 및 증류물을 각각의 181 g/시 및 69 g/시의 유량으로 수집하고, 상기 잔류물 및 증류물의 조성은 하기 표 1의 세번째 및 네번째 열에 기재하였다.

수소/탄화수소의 몰비를 0.125로 고정시켜 증류물을 수소와 함께,PROCATALYSE에서 IS612A로 시판하는 염소화알루미나상의 백금계 촉매 57 g을 포함하는 이성화 반응기로 이송하고, 온도 150℃, 압력 30 bar에서 작동시킨다. 이성화 반응기로부터의 유출물 또는 이성화물은 하기 표 1의 마지막 열에 기재된 조성을 갖는다.

하기 표 1의 하단 3 행은 개질물, 칼럼으로부터의 유출물 및 이성화물의 옥탄가 RON(연구용), MON(모터용) 및 (RON+MON)/2 (평균 옥탄가)를 나타낸다. 이성화물은 옥탄가가 증류물보다 3 포인트 크며, 이는 이를 안정화시키는 조건에서 연료 성분으로서 가치가 있으며, 즉 이성화 반응 중에 형성된 휘발성이 큰 성분(C₃ ^-)의 3%가 증류에 의해, 원칙적으로 주로 분자당 C₇이소파라핀의 분해에 의해 배출된다. 증류 조작의 잔류물과 안정화된 이성화물을 혼합하여 벤젠 및 올레핀이 거의 없고 평균 옥탄가가 90.3인 가솔린이 재구성된다. 출발 개질물과 비교하여, 재구성된 가솔린은 평균 옥탄가가 0.3이며, 이의 수율 손실이 0.8 포인트인 것이 생성된다.

실시예 2

저부의 온도 조절을 188℃로 고정시킨 증류 칼럼과 관련한 것을 제외하고, 동일한 장치, 동일한 수소화 촉매, 이성화 촉매 및 동일한 작동 조건을 사용하여 실시예 1에 기재된 단계를 반복한다. 증류 영역 상부로부터의 유출물은 시클로헥산 및 분자당 C₇이소파라핀을 사실상 포함하지 않는다.

증류 칼럼의 저부 및 상부에서, 잔류물 및 증류물을 각각 195.7 및 54.2 g/시의 유량으로 수집하며, 이들의 조성 및 옥탄가는 하기 표 2의 세번째 및 네번째 열에 제시되어 있다. 하기 표 2의 마지막 열은 이성화물의 조성 및 옥탄가를 나타낸다.

실시예 1과 비교하여 증류물의 시클로헥산 함량은 상당히 낮았으며, 분자당 C₇이소파라핀의 함량도 상당히 낮았다. 이러한 이성화 반응에 의하여 사실상 휘발성이 상당히 큰 산물(C₃ ^-) 형태의 손실없이 평균 옥탄가를 10 포인트 이상 증가시킬 수 있다. 이성화물과 증류 잔류물을 혼합함으로써 벤젠 및 올레핀을 거의 포함하지 않는 재구성된 가솔린을 얻었으며, 이의 평균 옥탄가는 90.8이며, 이는 출발 개질물보다 높으며, 수율은 유의적 손실이 없었다.

Claims (31)

1. 대부분이 분자당 C₆이상의 탄화수소로 이루어지며, 벤젠을 비롯한 분자당 C₆이하의 1종 이상의 불포화 화합물을 포함하는 공급원료의 처리 방법으로서,

   - 배출 영역 및 정류 영역을 포함하며, 수소화 반응 영역과 연결되어 있고, 1종 이상의 촉매상을 포함하는 증류 영역내에서 상기 공급원료를 처리하고, 상기 수소화 반응 영역에서, 수소화 촉매의 존재하에 그리고 수소를 포함하는 기체류의 존재하에, 분자당 C₆이하를 포함하며 상기 공급원료에 포함된 적어도 일부분의 불포화 화합물의 수소화 반응을 수행하며, 상기 수소화 반응 영역의 공급원료는 배출 레벨에서 배출되며 정류 영역에서 유동되는 적어도 일부분의 액체이고, 상기 수소화 반응 영역의 유출물은 상기 증류 영역에 적어도 일부분이 재유입되어 증류 조작을 연속적으로 작동하도록 하며, 최종적으로 증류 영역의 상부에서 분자당 C₆이하의 불포화 화합물의 함량이 크게 감소된 유출물이 배출되도록 하고, 증류 영역의 저부에서 분자당 C₆이하의 불포화 화합물의 함량이 감소된 유출물이 배출되도록 하며;

   - 상기 증류 영역의 상부로부터 배출된, 분자당 C₅및/또는 C₆파라핀을 포함하는 유출물의 적어도 일부분을 이성화 촉매의 존재하에 이성화 영역내에서 처리하여 이성화물을 얻도록 하는 공급원료의 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 증류는 2∼20 bar의 압력, 1∼10의 환류비, 40℃∼180℃의 증류 영역 상부 온도 및 120℃∼280℃의 증류 영역 저부 온도에서 실시되는 것인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역은 적어도 부분적으로 증류 영역의 내부에 위치하는 것인 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역은 적어도 부분적으로 증류 영역의 외부에 위치하는 것인 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역은 부분적으로 증류 영역의 정류 영역내에 그리고 부분적으로 증류 영역의 외부에 동시에 포함되는 것인 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 증류 영역의 내부에서의 수소화 반응 부분에 대해서, 수소화 반응은 100℃∼200℃의 온도, 2∼20 bar의 압력에서 실시하고, 수소화 반응 영역에 공급되는 수소의 유량은 해당 수소화 반응의 화학량론에 상응하는 유량의 1∼10 배인 것인 방법.
7. 제4항에 있어서, 증류 영역의 외부에서의 수소화 반응 부분에 대해서, 수소화 단계에 요구되는 압력은 1∼60 bar이며, 온도는 100℃∼400℃이며, 수소화 반응 영역내에서의 공간 속도는 촉매를 기준으로 계산하여 1∼50 시^-1(촉매의 단위 부피당 단위 시간당 공급원료의 부피)이며, 해당 수소화 반응의 화학량론에 상응하는 수소 유량은 상기 화학량론의 0.5∼10 배인 것인 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역의 내부 부분에서의 임의의 촉매상에 대해서, 수소화 촉매는 하강 액체상 그리고 상승 증기상과 접촉하는 것인 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역에 필요한 수소를 포함하는 기체류는 거의 수소화 반응 영역의 1종 이상의 촉매상의 유입구에서 증기상과 합류되는 것인 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역의 내부 부분에서의 임의의 촉매상에 대해서, 수소화시키고자 하는 액체의 유동은 수소를 포함하는 기체류와 병류인 것인 방법.
11. 제3항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역의 내부 부분에서의 임의의 촉매상에 대해서, 수소화시키고자 하는 액체의 유동은 수소를 포함하는 기체류와 병류이며,증류 기체는 실질적으로 촉매와 접촉하지 않는 것인 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역 내부의 임의의 촉매상에 대해서, 수소화 반응 영역은 상기 수소화 반응 영역의 임의의 촉매상내의 1종 이상의 액체 분배 장치, 및 수소를 포함하는 기체류의 l종 이상의 분배 장치를 포함하는 것인 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치는 액체 분배 장치의 전에 배치되는 것인 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치는 액체 분배 장치의 레벨에 배치되는 것인 방법.
15. 제12항에 있어서, 상기 수소를 포함하는 기체류의 분배 장치는 액체 분배 장치의 후에 배치되는 것인 방법.
16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 영역의 저부 유출물은 적어도 부분적으로 이성화 유출물과 혼합되는 것인 방법.
17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 영역의 상부 유출물은 시클로헥산 및분자당 C₇이소파라핀을 거의 포함하지 않는 것인 방법.
18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역에 사용된 촉매가 니켈 및 백금으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것인 방법.
19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응 영역에 사용된 촉매는 지지체를 포함하는 것인 방법.
20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이성화 촉매는 원소 주기율표상의 VIII족 금속 1종 이상 및, 알루미나를 포함하는 지지체를 포함하는 것인 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 촉매는 1종 이상의 할로겐을 더 포함하는 것인 방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 이성화 영역에서의 작동 조건이 다음과 같은 것인 방법:

    - 온도: 80℃∼300℃ ,

    - 수소 분압: 0.1∼70 bar,

    - 공간 속도: 촉매의 1 ℓ당 단위 시간당 0.2∼10 ℓ의 액체 탄화수소,

    - 이성화물 중 탄화수소에 대한 수소의 몰비: 0.06 이상.
23. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이성화 촉매는 원소 주기율표상의 VIII족 금속 1종 이상 및 하나의 제올라이트를 포함하는 것인 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 제올라이트는 오메가 제올라이트 및 모데나이트로 형성된 군에서 선택되는 것인 방법.
25. 제23항에 있어서, 상기 이성화 영역에서의 작동 조건이 다음과 같은 것인 방법:

    - 온도: 200℃ ∼300℃,

    - 수소 분압: 0.1∼70 bar,

    - 공간 속도: 촉매 1 ℓ당 단위 시간당 액체 탄화수소 0.5∼10 ℓ,

    - 이성화물 중 탄화수소에 대한 수소의 몰비. 0.07∼15.
26. 제20항에 있어서, 상기 VIII족 금속은 백금, 니켈 및 팔라듐으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
27. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 영역의 상부에서 배출될 수 있는 과량의 수소는 회수된 후, 압축되고, 수소화 반응 영역에서 재사용될 수 있는 것인 방법.
28. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 영역의 상부에서 배출될 수 있는 과량의 수소는 회수된 후, 압축되고, 이성화 영역에서 재사용될 수 있는 것인 방법.
29. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 영역의 상부에서 배출될 수 있는 과량의 수소는 회수된 후, 촉매 개질 유니트와 연결된 압축 단계의 상류에, 상기 유니트로부터의 수소와 혼합되어 주입되는 것인 방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 촉매 개질 유니트는 8 bar 이하의 압력에서 작동되는 것인 방법.
31. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이성화 영역에서 대부분 분자당 C₅및/또는 C₆의 파라핀을 포함하는 또다른 유분을 처리하는 것인 방법.