일반기술

이산화탄소 산화제를 사용한 알킬방향족 탄화수소의 탈수소화 방법

*원리 및 구성본 발명은 알킬방향족 탄화수소의 탈수소화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바나듐(V)과 철(Fe)이 동시에 함유된 불균일계 고체촉매 존재 하에서 이산화탄소를 산화제로 사용하는 알킬방향족 탄화수소의 탈수소화 방법으로, 기존의 수증기를 사용하는 탈수소화 방법에 비해 열역학적 평형개선 효과에 의한 반응온도 절감 및 탄화수소 전환율 향상, 그리고 에너지 절감 효과를 동시에 얻을 수 있는 알킬방향족 탄화수소의 탈수소화 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 탈수소화 공정에 이용되는 이산화탄소는 고순도 제품을 이용하는 것은 물론 석유화학 산화 및 개질공정에서에서 배출되는 무정제 상태의 이산화탄소를 추가 정제없이 사용하더라도 상기한 효과를 얻을 수 있으므로 산업적으로 그 효용가치는 더욱 우수하다.*배경방향족 올레핀계 화합물은 화학산업 분야에서 고분자 단량체 및 원료물질로 널리 이용되고 있다. 방향족 올레핀계 화합물은 일반적으로 알킬방향족 탄화수소를 탈수소반응하여 제조하고 있다. 일반적으로 탄화수소 탈수소 공정은 탄화수소 및 촉매의 선택에 따라 생성물의 수율 및 선택성이 결정되고, 코킹으로 인한 비활성화 억제 및 촉매수명 향상 등을 목적으로 다양한 희석제 또는 산화제를 선택 사용하고 있다. 예를 들면, 에틸벤젠과 같은 방향족 탄화수소는 활성 향상과 촉매수명 향상을 위해 수증기를 희석제로 사용한 탈수소 공정이 널리 활용되고 있다. 그리고, 프로판 및 C8∼C12 범위의 선형 지방족 탄화수소의 경우는 코킹에 의한 촉매 비활성화가 특히 심해서 열역학적인 평형이 불리한데도 불구하고 촉매수명 향상을 위해 수소를 희석제로 사용하고 있다. 또한, 1-부텐으로부터 1,3-부타디엔으로의 탈수소 공정에서는 산화제로서 공기 또는 산소를 이용하고 있다.*종래기술에틸벤젠 탈수소 공정은 탈수소 공정을 대표하는 것으로, 이로부터 제조되는 스티렌은 합성고무, ABS 수지, 폴리스티렌 등의 단량체 및 원료물질로 활용되는 석유화학 산업에서 매우 중요한 화합물이며, 매년 수요증대로 인해 생산량이 계속 증가되고 있는 추세에 있다. 스티렌은 공업적으로 철산화물 촉매 상에서 과량의 수증기를 공급하는 에틸벤젠의 탈수소화 공정에 의해 주로 생산되고 있다. 대부분의 에틸벤젠의 탈수소화 공정은 단열 또는 등온 반응기에서 550 ∼ 650 ℃의 반응온도, 상압 이하의 압력 조건에서 에틸벤젠에 수증기를 과량 첨가하여 운전되고 있다. 그리고 벌크형태의 K-Fe2O3 계열의 촉매가 이 공정의 상용촉매로 적용되고 있다. 그러나, 이 공정은 과량의 초가열된 수증기를 사용함으로 인해 생성물의 분리를 위한 냉각과정에서 수증기의 응축에 의해 많은 에너지 손실을 야기하고, 그리고 에틸벤젠 탈수소 반응이 열역학적으로 제한을 받는 흡열반응이기 때문에 고수율의 스티렌을 얻는데 한계가 있다. *특징 및 장점1)사용되는 촉매의 비활성화는 최대한 억제하여 알킬방향족 탄화수소의 전환율 및 방향족 올레핀의 선택도를 크게 향상.2) 반응온도를 저하시킴.3)공업적으로 적용하는데 특히 유용함.