석유 공학에서의 화학 응용: 3000 자의 논문.

석유화학에서 녹색화학의 연구 진척과 응용이 2003 년 5 월, 국제공학학회는 미국 샌더딘에서' 녹색공사: 정의원리' 회의를 주최하여, 엔지니어의 설계 제품과 공예를 지도하기 위한 녹색 공사의 원리를 확정하기 위한 것이다. 비용, 보안, 가용성, 환경 영향 등 기업, 정부 및 사회의 요구를 충족시킬 수 있습니다. 마지막으로 엔지니어의 작업 프레임워크인 Sandestin 원칙을 발표했습니다. 엔지니어가 엔지니어링 프로젝트에서 친환경 엔지니어링을 전면적으로 구현하는 9 가지 원칙은 (1) 프로세스와 제품을 전체적으로 고려하여 시스템 분석 및 통합 방식으로 환경 영향을 평가하는 것입니다. (2) 자연 생태계를 보호하고 개선하며 인간의 건강과 생명의 평화를 보호한다. (3) 엔지니어링 활동에서 전체 생태 순환을 고려한다. (4) 가능한 모든 물질과 에너지의 안전하고 양성 입력 출력을 보장한다. (5) 천연 자원 소비를 최소화한다. (6) 폐기물 발생을 줄이기 위해 노력해야 한다. (7) 현지 지리 및 인문 지식에 따라 엔지니어링 솔루션을 개발하고 구현합니다. (8) 지속 가능한 개발을 위해 기술을 혁신, 창조 및 발명하고, 전통 및 주류 기술을 기반으로 엔지니어링 솔루션을 창의적으로 제안합니다. (9) 주주와 사회가 엔지니어링 솔루션 개발에 적극적으로 참여하도록 합니다 [2]. 20 세기의 화학공업은 석탄, 석유, 천연가스와 같은 광물 자원을 기초로 한다. 특히 1960 년대 전후로 석유화학공업이 급속히 발전하면서 갈수록 심각해지는 자원, 환경 등 사회문제도 발생했다. 녹색화학 개념은 1990 이후 급속히 부상해 석유화학을 포함한 화학공업의 지속 가능한 발전 방향으로 각국 정부, 기업, 학계의 중시를 받고 있다. 석유화공 분야에서는 일부 녹색화공 기술이 끊임없이 개발되고 적용되었으며, 심지어 점차 일부 신흥 산업이 되었다. 이 글은 지속 가능한 석유화공 기술의 몇 가지 새로운 진전을 소개하고 있다. 1 과산화수소를 산화제로 하는 탄화수소산화반응의' 원자경제성' 은 화학반응 중 얼마나 많은 원료원자가 생산물에 들어가는지를 측정하는 지표다. 이 기준은 원자재 자원을 최대한 절약해야 할 뿐만 아니라 폐기물 배출을 최소화해야 한다. 탄화수소의 산화 반응은 석유화공에서 매우 중요한 반응 과정이다. 산소 관능단이 함유된 산물 분자가 원료 탄화수소보다 훨씬 높기 때문에, 이런 반응의 선택성은 보통 낮기 때문에, 어떤 반응은 여러 단계로 완성해야 하며, 왕왕 대량의 노폐물을 생산할 수 있다. 과산화수소는 온화한 산화제로, 특정 물질의 촉매 하에 고선택적 방향성 산화반응을 할 수 있고, 무독성이며, 반응 후 무해한 물로 전환되어 반응의' 원자경제' 를 크게 높여 녹색산화제 [1] 로 간주된다. 1. 1 티타늄 실리콘 분 자체 촉매 시클로 헥사 논 암모니아 옥심 화에 의한 시클로 헥사 논 옥심의 산업적 응용 시클로 헥사 논 옥심의 제조는 현재 화학 섬유 단량체 ε-카프로 락탐 주류 생산 기술의 핵심 공정이며 시클로 헥사 논과 히드 록실 아민 염 반응에 의해 얻어야하지만 히드 록실 아민 염의 제조 공정은 "원자 경제" 가 아니며 부식과 오염이 심각하다. 1980 년대 말, 이탈리아 EniChem 은 티타늄 실리콘 분 자체의 촉매하에 시클로 헥사 논, 암모니아 및 과산화수소가 1 단계' 원자 경제' 반응을 통해 직접 합성되는 새로운 시클로 헥사 논 암모니아 옥심 공정을 제안했다. 중국석유화학연구원도 자주지적재산권을 가진 시클로헥사논 암모니아 옥심화 신공예를 성공적으로 개발하고 중국석화발릉지사와 합작해 2003 년 8 월 70 kt/ a 의 공업실험을 마쳤다. 시클로 헥사 논의 전환율과 시클로 헥사 논 옥심의 선택성은 99.5% 를 초과했으며 암모니아의 이용률은 97% 이상에 달했다. 그러나 전통적인 HPO 공예에서 암모니아의 이용률은 60% 미만이다. 동시에, 새로운 공정은 질소산소화합물과 SOx(HPO) 의 생성과 사용을 피하고, 시클로 헥사논 옥심의 제비를 청결 생산공예로 만들었다. 벤젠을 원료로 한 기존의 카프로 락탐 생산 공정은 길고, 공예가 복잡하며, 투자가 많고, 비용이 많이 든다. 외국 듀폰, 바스프, 티스만 등은 부타디엔을 원료로 카프로락탐을 생산하는 신기술 [2, 3] 을 각각 개발해 공예를 단순화하고 생산비용을 낮출 수 있지만, 신설비투자가 거대하고 기술위험이 커서 지금까지 산업화를 하지 못했다. 시클로 헥사 논 암모니아 옥심 화 공정은 기존 장치의 기술 혁신에 적용되어 벤젠 카프로 락탐의 공정 경로를 더욱 경쟁력있게 만들 것입니다. 1.2 프로필렌 에폭시 산화 프로필렌 신공예가 새로운 진전을 이루었다. 티타늄 실리콘 분 자체 (TS- 1) 가 탄생한 이래 과산화수소를 산화제로 하는 저온 액상산화공예가 끊임없이 연구되고 발전하고 있다. 또 다른 두드러진 진전은 에틸렌이 과산화수소 에폭시화로 에폭시를 준비하는 것이고, 가장 중요한 공예는 프로필렌 에폭시화로 에폭시프로판을 준비하는 것이다. TS- 1 을 촉매제로 아크릴과 과산화수소 에폭시화로 에폭시 프로판을 준비한다. 에폭시 프로판의 수율은 97% (아크릴로 측정) 를 초과하고 과산화수소계 수율은 87% 이다. 부산물은 주로 물과 산소이다. 이 과정에서 원자의 유효 이용률은 76% 에 이른다. 전통적인 2 단계 염소 알코올 생산 공정에서 원자의 유효 이용률은 365,438+0% 에 불과하며, 대량의 염소와 석회가 필요하며, 설비의 부식과 환경오염이 심각하다. TS- 1 분 자체의 가격이 비싸고 제품에서 분리하기 어렵기 때문에 아크릴산화의 다른 촉매제 체계도 끊임없이 연구되고 있다. 예를 들면 주석을 실은 베타 비석 [5], 유기질소 화합물 Fe2 촉매 [6,7], 텅스텐 금속 클러스터 이동 촉매제 [8] 등이 있다. 최근 BASF 와 Dow 화학공사는 아크릴과산화수소 에폭시 (HPPO) 개발에 큰 진전을 이루며 각자의 상세한 평가를 마쳤다. HPPO 법의 장점은 절차가 짧고, 투자가 적고, 점유 면적이 적다는 점이다. 이는 다른 제품, 특히 소규모 생산 설비를 공동 생산하지 않기 때문이다. 쌍방은 최근 시험증폭을 완료하고 첫 번째 300 kt/ a 생산설비를 건설하기 시작하여 2007 년 초에 조업 [9] 을 건설할 예정이다. 또한 Degusse 와 Uhde 는 HPPO 공정을 사용하여 남아프리카 사소에 60 kt/ a 의 프로필렌 산화물 장치를 건설할 계획입니다. 보도에 따르면 [10] 은 부산물의 양을 최소화할 수 있는 특수한 분 자체 촉매제를 개발했다. 아크릴 에폭시 화의 새로운 공정은 값비싼 과산화수소를 산화제로 사용하지만 적절한 촉매제를 사용하면 제품 수율이 크게 높아질 수 있다. 동시에, 공예의 단순화로 인해 이 공정은 여전히 좋은 기술 경제적 이득을 가지고 있으며, 이 기술의 환경적 우세는 에폭시 프로판 산업에 중요한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 1.3 기타 유기 산소 화합물의 제비 기술은 과산화수소를 산화제로 사용한다. 올레핀, 알코올 및 카르 보닐 화합물은 고리 산화물, 알콜 및 카르 복실 산의 높은 선택적 산화를 생성하고 금속 촉매, 염소 산화제 및 유기 용매의 사용을 피할 수 있습니다. 문헌 [1 1] 은 사토우, 언 등 개발된 새로운 공예를 소개했다. 올레핀 산화에 의한 디올 화합물의 생산. 일반 수지로드 술폰산 촉매제를 사용하여 서로 다른 올레핀과 시클로 올레핀과 과량의 과산화수소를 반응하여 고선택적이고 높은 수율로 트랜스-1, 2- 디올을 얻을 수 있으며, 말단 히드 록실 올레핀도 한 번에 반응하여 트리 히드 록실 화합물을 생성 할 수있다. 두택학 등 [12] 염소 프로필렌과 과산화수소 에폭시화에 의한 에피 클로로 프로판의 현탁 촉매 증류 신공예가 개발되어 반응선택성이 98% 이상에 달하며 기존의 염소 알코올 생산 공정을 대체할 것으로 전망된다. 2. 독성 유해 원료를 대체하는 광기, 시안화 수소산 등 녹색화공 기술은 독성이 강한 물질에 속한다. 그들의 매우 활발한 화학적 성질 때문에, 그것들은 여전히 광범위하게 화학 원료로 사용된다. 그러나 이러한 화학 물질이 제조와 사용 과정에서 예기치 않게 유출되면 헤아릴 수 없는 인명 피해와 환경 재앙이 발생할 수 있습니다. 이에 따라 독성이 강한 광기, 시안화 수소산 등 녹색화공 기술 개발을 무독성 무해한 원료로 대체해 주목받고 있다 [13]. 포스겐을 대체하여 이소시아네이트와 폴리카보네이트를 생산하는 신공예는 현재 포스겐을 대체하여 이소시아네이트를 생산하는 공예로, 페르민과 이산화탄소 또는 탄산이메틸에스테르로, 페르민과 일산화탄소산화탄소산화카보네이트로 이소시아네이트를 만들고, 니트로 벤젠과 일산화탄소의 카보닐화로 이소시아네이트를 만든다. 이들 기술 중 일부는 파일럿 단계에 있지만 생산비용은 원광기법보다 10% 정도 높아 비경제적이어서 개선이 필요하다. 포스겐 대신 디메틸 카보네이트를 원료로 폴리 카보네이트를 생산하는 공정이 성공적으로 개발되었습니다. 첫째, 디메틸 카보네이트는 페놀과 반응하여 디 페닐 카보네이트를 생성 한 다음 비스페놀 a 와 반응하여 고분자 폴리 카보네이트를 생성합니다. 현재 공장을 건설하고 있으며, 탄산이메틸에스테르의 생산은 메탄올산화 카르 보닐화법을 채택하여 광기를 원료로 하는 전통적인 노선을 대체하고 있다. 한국 L G 화학회사는 비광기 폴리카보네이트를 생산하는 새로운 공예를 독자적으로 개발했다고 발표했다. 프로세스 간소화로 인해 투자가 70% 감소할 수 있으며, 기기 운영비와 생산 비용이 크게 절감됩니다. 독성이 강한 원료 대신 경제적이고 합리적인 녹색 공예 노선을 찾을 수 있다는 것을 알 수 있다. 2.2 메틸 메타 크릴 레이트 생산의 새로운 공정은 이소 부틸 렌 산화 및 에틸렌 하이드로 포르 밀화 산업화에 이어 전통적인 아세톤 시아 나이드 공정 대신 시안화 수소산을 원료로 사용하는 새로운 공정을 적극적으로 개발하고 있습니다. 이소 부탄의 직접 산화는 자원이 풍부하고 가격이 저렴하기 때문에 중시된다. 이 방법은 두 단계로 구성됩니다. 즉, 이소 부탄 산화에 의한 메틸 아크롤레인 및 메틸 아크롤레인 재산화에 의한 MMA 가 생성됩니다. 이소 부탄의 반응 활성성이 이소 부틸 렌보다 낮기 때문에, 일반적으로 산화작용이 강한 헤테로폴리산 촉매제를 사용한다. 최근 몇 년 동안 인-몰리브덴 헤테로폴리산에 V, Cu, Cs 등의 원소를 도입하면 메틸 아크롤레인알데히드의 산화를 촉진하고 반응수율을 높일 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한' MMA 고선택성 촉매' 의 풀상태 잡다산 촉매제에 P-Mo-V- Cu-Cs 5 원촉매제와 Mo-V 복합산화물을 첨가제로 첨가하면 MMA 수율이 2 배 증가하여 10% 이상에 이를 수 있다. 루채트 인터내셔널은 독점적인 알파-MMA 기술을 성공적으로 개발하고 첫 번째 100 kt/ a MMA 생산 설비를 건설할 계획이며 2007 년 말 완공될 예정이다. α- MMA 는 2 단계 과정입니다. 첫 번째 단계는 에틸렌, 메탄올, 일산화탄소가 카르 보 닐화를 수행하여 메틸 프로 피오 네이트를 생성하는 것입니다. 사용 된 팔라듐 기반 촉매제는 활성성이 높고 선택적 99 19% 로 안정성이 우수하며 반응 온도와 압력 조건이 온화하며 장비 부식이 적다고합니다. 2 단계, 프로피온산 메틸 에스테르와 포름알데히드의 반응은 MMA 와 물을 생성하는데, 독점 다상 촉매제 [14], MMA 선택성이 높다. 이 공예는 제품의 경제성을 크게 높였으며, 최근 30 년 동안 발전해 온 가장 중요한 MMA 생산 공예이다. MMA 는 중국에서 좋은 발전 전망을 가진 유기화공 원료이다. 국민경제의 지속적인 고속 성장에 따라 그 수요는 계속 증가할 것이다. 중국은 국정에 맞는 녹색 노선을 신중하게 선택하고 그 단점을 극복하는 데 주의해야 한다. 3 환경 촉매제를 사용하는 화학반응 석유화공 생산 기술의 핵심은 촉매제이다. 촉매제의 소모량은 크지 않지만 환경에 큰 해를 끼칠 수도 있다. 황산, 불화수소산, 삼염화 알루미늄 등 액체산은 널리 사용되는 산 촉매제로, 설비를 쉽게 부식시키고, 인신건강과 지역사회 안전을 해치며, 폐액으로 환경을 오염시킬 수 있다. 현재 환경친화형 고체산 촉매제를 대대적으로 발전시켜 액체산을 대체해야 하며, 이미 산업화 성과를 거두었다. 벤젠과 올레핀의 알킬화에서 삼염화 알루미늄 대신 ZSM-5 분 자체 대신 기상법으로 에틸렌을 합성하고, 삼염화 알루미늄 대신 USY 나 타석이나 MCM-22 비석을 액상법으로 합성한다. 또 수소산 대신 고체산으로 긴 사슬 알킬벤젠을 합성하는 새로운 공예도 있다. 삼염화 알루미늄과 불화수소산 등의 촉매제를 분 자체 고체산으로 대체해 차세대 올레핀 알킬화 녹색 기술이 도입되었지만 분 자체 촉매제의 산 강도는 수소산과 삼염화 알루미늄만큼 높지 않고 분포가 균일하지 않아 산센터 수가 적기 때문에 이런 고체산 촉매제를 사용할 때 반응온도와 압력이 높아지고 소량의 부산물과 불순물이 증가하면서 신형 고체산 촉매제를 개발하는 핫스팟이 나타났다. 적재형 잡다산 촉매제는 이러한 단점을 극복하고 차세대 촉매제가 될 것으로 예상된다. 캡슐 액체 산, 나노 분 자체 복합 재료, 이온 성 액체 등과 같은 새로운 촉매 물질도 연구 중입니다. 우리나라의 이 방면에 대한 연구는 이미 어느 정도 기초가 있으므로, 인력을 조직하여 발전을 가속화하고 선두 지위를 쟁취해야 한다.