촉매 증류

Catalytic distillation

촉매 증류는 반응성 증류의 한 분야로, 용액 내에서 선택적으로 혼합물을 분리하기 위해 증류촉매의 과정을 결합한다.가솔린 정제 등 촉매 유기반응의 수율을 극대화하는 것이 주요 기능이다.촉매 증류 초기 사례는 1966년으로 거슬러 올라갔다고 생각되었으나,[1] 1980년 로렌스 A에 의해 공식적으로 특허를 얻었다.스미스 [2]주니어이 과정은 현재 휘발유를 정제하고, 고무를 추출하고, 플라스틱을 형성하는 데 사용된다.

촉매

촉매 증류에 사용되는 촉매는 다른 물질로 구성되며 다양한 물체에 포장된다.촉매의 대부분은 분말산, 염기, 금속 산화물 또는 금속 할로겐화물이다.이 물질들은 반응 속도가 상당히 빨라져서 효과적인 촉매로 만들 수 있다.[3]

촉매가 포장되는 모양은 촉매 베드(반응제와 촉매가 제품을 형성하기 위해 접촉하는 증류기둥의 영역)에 동일한 간격을 제공할 수 있도록 일정한 기하학적 배치를 형성할 수 있어야 한다.이 간격은 촉매가 칼럼 내에서 균일하게 퍼지도록 하기 위한 것이다.촉매 베드는 증발된 기체 반응제가 촉매로 작용하여 기체 제품을 형성할 수 있도록 크게 넓어야 한다(약 50% 비어 있어야 함).또한 촉매 베드는 칼럼 내의 압력 변화에 반응해야 할 수 있으므로 수축 및 팽창이 가능해야 한다.[4]

촉매가 형상에 포장을 하기 전에 먼저 천이나 철망 같은 다공성 물질에 포장을 한다.이 천은 면, 섬유 유리, 폴리에스테르, 나일론 또는 기타 유사한 재료로 만들어질 수 있다.메쉬는 일반적으로 알루미늄, 강철 또는 스테인리스강으로 만들어진다.[5]

모양에 있어서 촉매들은 보통 고리, 안장, 공, 시트, 튜브 또는 나선형으로 포장된다.이 모양들은 섬유 유리, 테플론, 그리고 비반응 금속으로 만들어지는 경향이 있다.촉매가 시스템에 도입되기 전에, 포장을 하거나 금속 그릴이나 스크린에 부착하거나 폴리머 폼에 부착한다.[6]

과정

촉매 증류기둥 내에서 액체 반응제는 동시에 가열되는 동안 촉매로 작용한다.그 결과, 제품들은 즉시 기화되기 시작하고 초기 용액과 분리된다.반응제를 촉매와 동시에 가열함으로써, 새롭게 형성된 제품들은 시스템에서 빠르게 끓어 나온다.제품 부족과 함께샤틀리에의 원칙이 발효되어 제거된 제품을 대체하기 위해 반응제로부터 새로운 제품을 형성한다.제품들이 계속 배출되기 때문에, 시스템은 결코 평형에 도달하지 않는다.제품의 지속적인 형성은 그 반응을 완성시키는 원인이 된다.[7]

환류

촉매 증류에 의해 수행되는 대부분의 반응에서 반응 물질은 종종 제품보다 더 휘발성이 강하다.이 때문에 콘덴서(탈출 가스가 액체로 냉각되는 기둥 내 영역) 바로 뒤에 역류로 알려진 내부 재활용 시스템이 시행된다.환류는 농축된 증기를 촉매 영역으로 다시 전달한다.[8]환류도 응축액 일부를 컬럼에 돌려줘 비등점이 가장 낮은 제품만 포획되도록 한다.환류가 불순 혼합물을 되돌려주면서 촉매는 장기간 사용하기 위해 세척된다.[9]

반응 유형

촉매 증류 열 내의 반응에는 다음이 포함된다.[10]

2기둥 증류로 개선

두 개의 컬럼 증류에서 원하는 제품을 얻기 위해서는 촉매변환용 컬럼과 증류용 컬럼이 필요하다.이는 증류회사가 두 개의 큰 기둥을 건설하는 자금과 한 기둥의 내용물을 다른 기둥으로 운반하는 방법의 자금을 대야 한다는 것을 의미한다.촉매 증류를 사용하는 경우 회사는 두 번째 열에 대한 비용과 화학물질을 한 열에서 다른 열로 이동시키는 비용을 모두 제거하는 한 열에만 자금을 조달하면 된다.이 최적화는 간접비를 원래 비용의 거의 절반으로 줄인다.[11]

비용 절감 외에도 촉매 증류는 효율성과 효율성의 이정표가 된다.컬럼에서 다른 컬럼으로 내용을 옮길 필요가 없기 때문에 더 적은 시간이 소요된다.또한, 제품에 대한 반응 물질에서 산출되는 비율은 96-97%[12]에서 99.9%로 일부 반응에서 증가했다.

참조

  1. ^ Hoffman, Achim. "Scale-up of Reactive Distillation Columns with Catalytic Packings" (PDF).
  2. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Process Patent".
  3. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Process Patent".
  4. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Structure".
  5. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Structure".
  6. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Process Patent".
  7. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Process Patent".
  8. ^ Darton, Richard (1997). Distillation and Absorption '97. ISBN 9780852953938.
  9. ^ Gildert, Gary. "Advances In Process Technology Through Catalytic Distillation" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-09-06. Retrieved 2012-02-14.
  10. ^ Smith Jr, Lawrence A. "Catalytic Distillation Structure Patent".
  11. ^ Gildert, Gary. "Advances In Process Technology Through Catalytic Distillation" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-09-06. Retrieved 2012-02-14.
  12. ^ Gildert, Gary. "Advances In Process Technology Through Catalytic Distillation" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-09-06. Retrieved 2012-02-14.