이성질체화 단위의 옥탄가 증가를 위한 촉매
수소-함유 단위
세 가지 주류 공정 시스템, 온도 매개변수 및 촉매 선택
✅ 촉매: 백금 담지 염소화 알루미나(염화알루미늄계)
반응온도 : 120~175도(반응기 입구), 층온도 상승 10~25도
압력: 2.8~3.8MPa; 액체 시간당 공간 속도 LHSV=1.0–3.0 h⁻¹; 수소 탄화수소 몰비 0.1–0.5
원료 요구 사항: 엄격한 탈수, 탈황 및 탈질; 물/황은 산성 염소 부위를 영구적으로 중독시킵니다. 작동 중 지속적인 염소 보충이 필요합니다.
적용 가능: C₅/C₆ 경질 나프타, 목표 높은 RON(1회 통과 RON 82~84, 사이클 최대 87~93)
특징: 가장 높은 활동, 가장 균형잡힌 전환율; 부식성이 강하고 알칼리 세척 시스템을 갖추고 있으며 복잡한 운영 및 유지 관리가 가능합니다.
✅촉매: Pt-함유 산성 분자체(제올라이트 유형, 염소-비함유)
반응 온도: 240-280도
압력: 2.0~3.2MPa; LHSV=0.5–2.5h⁻¹; 수소 대 탄화수소 비율 0.1–1.0
더 높은 원료 내성: 황과 물에 대한 민감도는 염소-알루미늄 촉매보다 훨씬 낮으며 염소를 보충할 필요가 없습니다.
적용 가능: C₅/C₆는 C₄부탄 이성질체화에도 사용할 수 있습니다. 장치가 더 간단하고 안정성이 좋으며 재생성이 쉽습니다.
단점: 고온, 제한된 평형, 단일-통과 전환율이 저온-염화알루미늄 공정보다 낮으며 일반적으로 제품 분류 + 변환되지 않은 n{3}}알칸 순환 루프가 장착됨
✅촉매: 특수 분자체/염화알루미늄 시스템
반응온도: 160~210도
압력: 1.5~2.0MPa; 수소 대 탄화수소 비율 0.07–0.15
단일-전환율은 50%~55%이며, 미반응 n-부탄을 반응기로 다시 순환시키기 위해서는 디이소부탄 타워를 설치해야 합니다.
수소-무함유 단위
수소-가 없는 이성질체화 촉매의 4가지 주요 카테고리
전이 금속-개질된 산성 ZSM-5 제올라이트(Zn-ZSM-5, Ga-ZSM-5, Ni-ZSM-5)
지원: ZSM-5(MFI 제올라이트); 활성 구성 요소: Zn, Ga, Ni(비백금 금속)
작동 조건: 340-460도, 0-1.2MPa; 고객 프로세스 요구 사항에 완벽하게 부합
반응 특성: 동시 이성질체화, 방향족화 및 온화한 균열; 휘발유 옥탄가를 증가시킵니다. 프로판과 부탄(건조 가스)을 생산합니다. 82-90%의 액체 수율; 재생에는 코크스 연소를 위한 N₂와 공기만 포함됩니다-(수소 환원이 필요하지 않음).
동급 러시아 등급: KT-10, KT{4}}17, KT{5}}18(Zn-Ce-ZSM-Al2O₃); 무수소 나프타 업그레이드; 휘발유 옥탄가는 400도에서 85-87에 도달합니다.
변형 모데나이트(MOR)(Ni-MOR, Fe{1}}MOR; Pt-free)
지지체: 모데나이트(MOR); 활성 구성 요소: Ni/Fe(백금-무료)
온도 범위: 320-420도; 압력: 0.3~1.0MPa
특성: ZSM-5보다 우수한 이성질체화 선택성; 낮은 방향화 활성; 고온에서 코킹되기 쉽다. 적당한 n-알칸 전환; 공기 하소(코크스 연소)를 통한 재생만; 수소가 필요하지 않습니다
고체 초강산(백금-없음): SO₄²⁻/ZrO₂, SO₄²⁻/TiO₂-Al₂O₃
지지대: 지르코니아/티타니아-알루미나 복합 산화물; 백금 로딩 없음
온도: 300-400도; 압력: 대기압 ~ 1 MPa
특성: 매우 높은 산 강도; 좋은 이성질체화 활성; 단점: 고온에서 침출되기 쉬운 황산염 그룹; 열악한 물 안정성; 급속 코킹; 공기 하소만을 통한 재생; 수소 환원은 엄격히 금지됩니다
10-링 모양-선택적 분자체(Ni-SAPO-11, Ni-ZSM-22, 백금 무함유)
지원: SAPO-11 / ZSM-22; 활성 성분: Ni(Pt 없음)
온도: 330-430도; 압력: 0.4~1.0MPa
특성: 모양-선택적 이성체화; 다중-분지형 알칸에 대한 높은 선택성; 단점: 상대적으로 낮은 전환율; 균열로 인한 심각한 가스 형성; 높은 코킹 속도; 공기 하소만을 통한 재생; 수소 단계가 포함되지 않습니다.
석유 정제 분야
n-부탄을 이소부탄으로 이성질체화
백금{0}} 기반 촉매(예: Pt/Al2O₃-Cl 시스템)는 n-부탄을 고옥탄 가솔린 구성 요소(예: 메틸 tert-부틸 에테르, MTBE) 생산을 위한 핵심 공급원료인 이소부탄으로 변환하는 데 사용됩니다. 산업 단위에서 혼합 C4 공급원료는 수소-이성체화를 거쳐 1-부텐 생산 능력이 하루 수백 톤 규모에 도달할 수 있습니다.
C5-C6 알칸의 이성질체화
고체 초강산 촉매(예: RISO-C 또는 Pt/SO₄²⁻-ZrO2-Al2O₃)는 직쇄형 알칸을 분지형 이성질체로 변환하는 데 사용됩니다.- 예를 들어, 경질 나프타의 이성질화(촉매 개질) 후 C5 및 C6 이성질화율은 각각 70% 및 85%에 도달하여 제품 가솔린의 연구 옥탄가(RON)를 85 이상으로 높이고 연료 품질을 크게 최적화합니다.
방향족화 촉매
개질 기술과 비교하여 이 공정은 공급원료의 잠재적인 방향족 함량에 의해 제한되지 않습니다. 일반적으로 원료의 사전 분류나 정제가 필요하지 않으며{0}}다양한 적용 가능성을 제공합니다. 이 공정을 통한 방향족 생산에 적합한 공급원료에는 코커 가솔린, 직선형 가솔린, 유전 응축물, 개질기 경질유(상부 나프타), 개질기 라피네이트, 열분해 가솔린 및 올레핀-풍부 액화석유가스(LPG)가 포함됩니다.
When using olefin-rich LPG (olefin content >50%) 공급원료로서 액체 제품의 방향족 함량이 100%에 가까워 방향족 추출이 필요하지 않습니다. 단일-통과 방향족 수율은 48.2%를 초과하고 BTX 수율은 42.2%를 초과합니다. 촉매는 20일 이상의 단일 패스 작동 주기와 3.0년 이상의 총 서비스 수명을 제공합니다.
나프타를 공급원료로 사용하는 경우 단일-방향족 수율은 35.0%를 초과하고 BTX 수율은 32.0%를 초과합니다. 촉매는 20~30일의 단일 패스 작동 주기와 3.0년 이상의 총 서비스 수명을 제공합니다.
생성된 연료가스에는 수소가 풍부하여 회수하여 수소원으로 활용할 수 있습니다.
기술적 특징
① 상대적으로 낮은 방향족화 반응 온도
고급 촉매 성형 및 변형 기술을 통해 상대적으로 낮은 온도에서 반응이 진행될 수 있습니다. 방향족 생산 응용 분야에서 반응 온도는 경쟁 기술보다 30~50도 낮아 에너지 소비를 크게 줄입니다. 반응 온도가 낮아지면 장비 강도 요구 사항도 줄어들고 건조 가스 생산량도 낮아집니다.
② 독자적인 반응열-보완 기술
나프타 방향족화는-특히 알칸-풍부한 공급원료-를 사용한 흡열 과정입니다. 고유한 열-보충 기술을 사용하면 중간 가열로가 필요하지 않으므로 자본 투자와 단위 에너지 소비가 모두 줄어듭니다.
옥탄가 향상을 위한 방향족화 촉매
방향족화에는 고온 탈수소화, 고리화 및 수소 전달이 포함됩니다.- 이는 대부분 수소가 첨가되지 않은 상태에서 수행되며 작동 온도는 이성질화 온도보다 훨씬 높습니다. ZSM-5(MFI)는 주요 지지대이며 수정 금속을 기준으로 4가지 주요 유형으로 분류됩니다.
활성 성분: Zn(1~3wt%); 산도를 조정하고 코크스 형성을 억제하기 위해 P 또는 희토류 원소를 첨가할 수 있습니다.
반응 조건: 500–550도, 대기압 ~ 0.3 MPa, WHSV 0.4–1.2 h⁻¹.
메커니즘: Zn 센터는 탈수소화를 촉진하는 반면, 제올라이트 산 부위는 고리화를 촉진합니다. 수소 전달이 지배적인 경로로 소량의 H를 생성합니다.
적합한 공급원료: C4 액화 가스, C5, 분해 C5, 경질 나프타.
상업용 등급: NKC-5, DLP 시리즈, LHA 유형.
특성: 저렴한 비용, 우수한 BTX 선택성; 빠른 코크스 형성으로 인해 빈번한 재생이 필요하므로 올레핀 공급원료를 사용할 때 단일 패스 수명이 매우 짧아집니다.{0}}
활성 성분: Ga(0.5~2wt%)
반응 조건: 520-580도, 대기압
메커니즘: Ga는 더 강력한 탈수소화 능력을 가지고 있습니다. 직접적인 탈수소화 경로를 통해 진행되어 더 많은 수소를 생성합니다.
프로세스: BP-UOP Cyclar; 국내 M2 형성
특성: Zn- 기반 촉매에 비해 방향족 수율이 더 높습니다. 낮은 건조 가스 생산량; 더 높은 비용; 황에 대한 민감도가 높아집니다.
Pt/Cl-Al₂O₃(촉매 개질, 수소-풍부 분위기)
조건: 480–530도, 0.8–2.0MPa; 수소-가 풍부한 대기에서 작동됩니다.
공급원료: C6+ 나프타; 고-옥탄가 가솔린 + BTX를 생산합니다. 코킹에 대한 저항력은 우수하지만 염소 보충이 필요하고 부식 위험이 있습니다.
Pt/KL 제올라이트: 염소-유리 개질; n-헥산 방향족화에 적합합니다. 유황에 극도로 민감함; 대규모 산업 규모에서는 거의 사용되지 않습니다.
⚠ 참고: 촉매 개질 ≠ 가벼운 탄화수소 방향족화. 개질은 수소가 풍부한- 분위기에서 작동하는 반면 위에서 언급한 Zn/Ga-ZSM{4}}5 시스템은 비-수소-풍부한 방향족화 공정입니다. 두 시스템은 서로 바꿔서 사용할 수 없습니다.. 4. 기타 수정 시스템(Mo, Ag, 희토류 복합물)
Mo/HZSM-5: Methane aromatization, >700도; 메탄에만 적합하며 LPG/C5에는 적합하지 않습니다.
Ag/ZSM-5: 약한 탈수소화, 중간 정도의 BTX 선택성; 제한된 산업적 적용.
희소-토류 + 인-개질 Zn-ZSM-5: 독립형 촉매가 아닌 촉진제/첨가제. 코크스 형성을 지연시키고 단일{9}}실행 기간을 연장하는 데 사용됩니다(예: DLP-1 nano-ZSM-5).
빠른 선택 가이드
LPG, C4/C5 공급원료; 제한된 예산; 대기압, 비-수소 대기 → Zn/ZSM-5 (NKC-5, DLP)
더 높은 방향족 수율과 수소 공동생산-을 추구합니다. 적절한 공급원료 전처리 가능 → Ga/ZSM-5(Cyclar)
C6+ 나프타 공급원료; 수소-가능 장치; 대상제품은 고-옥탄가솔린 → Pt-염소알루미나 개질촉매
Methane feedstock → Mo/ZSM-5 (high temperature, >700도)
경탄화수소 방향족화를 통한 휘발유 생산용 촉매
정유소 건조 가스, 후-에테르화 C4 유분, 직선-나프타, 유전 응축물 또는 코커 가솔린과 같은 경질 탄화수소-를 공급원료로 사용하는 이 공정은 독점적인 촉매를 사용하여 분해, 올리고머화, 고리화 및 탈수소화를 포함한 단계를 통해 고옥탄가 가솔린 혼합 구성 요소를 생성합니다.- 그 결과 업그레이드된 휘발유는 낮은 올레핀 및 황 함량과 높은 옥탄가를 특징으로 하며 92등급 및 95등급 표준을 충족하는 자동차 휘발유를 생산하기 위한 탁월한 청정 혼합 성분입니다.
기술적 특징
이 공정에서는 다양한 공급원료를 활용하고 시장 변화에 따라 유연하게 조정될 수 있는 제품 계획을 통해 고품질 휘발유를 생산합니다.- 연료가스에는 수소가 풍부하여 회수하여 수소원으로 활용할 수 있습니다. 산업 단위는 단순한 흐름 방식과 낮은 투자 비용, 낮은 운영 비용 및 에너지 소비를 특징으로 합니다.
When using olefin-rich refinery dry gas or liquefied gas as feedstock: olefin conversion >95%; gasoline selectivity for olefins >90%; gasoline octane number (RON) >92; 촉매 단일-실행 주기는 45일 이상입니다.
방향족 전위가 낮은 나프타(예: 개질유 라피네이트, 경질-말단 나프타 또는 석탄-계 나프타)를 사용하는 경우 휘발유 옥탄가(RON)는 85-92입니다. 건조 가스 수율은 2~4%입니다. 촉매는 강력한 적응성을 보여줍니다(생성물 황을<10 ppm even with a feedstock sulfur content of 300 ppm); and the single-run cycle is 30–90 days, with a total catalyst lifespan of ≥3.0 years.
유사한 기술과 비교:
① 촉매는 우수한 활성과 방향족 선택성을 나타냅니다.
② 촉매는 코킹에 대한 저항성이 강하여 건조가스 발생량이 낮다.
③ 가압 작동 프로세스의 사용을 개척합니다.
--풍부가스 압축기의 필요성을 제거하여 장비 비용 및 단위 운영 비용을 절감합니다. ④ 최적화된 촉매 재생 기술
---재생 가스 대 촉매 비율(순환 가스 대 촉매의 부피 비율)이 20~30% 감소합니다. 재생 부문은 높은 재생 효율을 달성하면서 더 낮은 투자 및 운영 비용이 필요합니다.
올레핀-촉매 생산
최근 몇 년 동안 개발된 경질 탄화수소의 접촉 분해를 통해 올레핀을 생산하는 기술은 증기 분해와 유동 접촉 분해(FCC)의 장점을 결합합니다. 이는 석유화학 플랜트의 에너지 절약 및 소비 감소는 물론 증가하는 경질 올레핀 수요를 충족시키는 데 매우 중요한 새로운 공정 경로를 열어줍니다. 올레핀-풍부 C4~C8 경질 탄화수소, 직선형-나프타 또는 석탄-기반 나프타와 같은 공급원료를 사용하는 이 기술은 독자적인 촉매를 사용하여 경질 탄화수소 성분을 선택적으로 에틸렌, 프로필렌 및 고옥탄가 가솔린 혼합 성분으로 변환합니다.
기술적 특징
전통적인 증기 분해와 비교하여 이 촉매 분해 기술은 더 낮은 온도에서 작동하고 에너지를 덜 소비하며 더 넓은 범위의 공급원료를 활용하고 유연한 제품 유통을 허용합니다. FCC- 기반 올레핀 생산 기술과 비교하여 분해 깊이가 더 크고 에틸렌 및 프로필렌 수율이 더 높습니다. 또한 프로세스 흐름이 간단하고 필요한 투자 비용도 낮습니다.
C4 액화 가스(부텐 함량이 60% 이상)를 공급원료로 사용하는 경우 에틸렌과 프로필렌의 합산 수율은 40%를 초과하는 반면 가솔린 수율은 약 15~20%입니다.