심층 좋은 글‖알킬화 시리즈의 기본 지식과 발전 전망, 소장할 가치 있음!

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심층 좋은 글‖알킬화 시리즈의 기본 지식과 발전 전망, 소장할 가치 있음! 심층 좋은 글‖알킬화 시리즈의 기본 지식과 발전 전망, 소장할 가치 있음!1. 휘발유의 옥탄가를 높이는 방법.2) 이온액체 알킬화 기술. 　　심층 좋은 글‖알킬화 시리즈의 기본 지식과 발전 전망, 소장할 가치 있음! 　　 　　1. 알킬화 　　추가 반응이나 치환 반응을 이용하여 유기물 분자에 알킬기를 도입하는 반응 과정.알킬화 반응은 중요한 합성 수단으로서 다양한 화학 공정에 널리 사용됩니다. 　　1. 개요　알킬화란 알킬기가 한 분자에서 다른 분자로 옮겨가는 과정입니다.화합물 분자에 알킬기(메틸, 에틸 등)를 도입하는 반응입니다.수은은 미생물의 작용으로 퇴적물 속에서 알킬화되어 메틸수은이나 디메틸수은이 됩니다.산업계에서 흔히 사용되는 알킬화제로는 올레핀, 할로알켄, 황산알킬에스터 등이 있습니다.납의 알킬화 산물은 알킬납이며, 그중 테트라에틸납은 주로 휘발유 첨가제로 사용되어 폭발 방지제 역할을 합니다(알킬화 공정도는 그림 1에 나와 있습니다). 　　그림 1: 알킬화 공정도 　　표준적인 석유 정제 과정에서, 알킬화 시스템은 촉매(황산 또는 수소불화산)의 작용에 의해 저분자량의 올레핀(주로 프로펜과 부텐으로 구성됨)과 이부탄을 결합시켜 알킬화물을 만듭니다. 이 알킬화물은 주로 고급 옥탄 및 측쇄 알칸으로 구성됩니다.알킬화물은 항폭발 효과가 있으며 연소 후 깨끗한 생성물을 만들어내는 가솔린 첨가제입니다.알킬화물의 옥탄가는 사용되는 올레핀의 종류와 반응 조건에 따라 달라집니다. 　　대부분의 원유는 가솔린으로 직접 사용할 수 있는 탄화수소가 10%-40%만 포함되어 있습니다.정제소는 열분해 공정을 사용하여 고분자량의 탄화수소를 저분자량의 휘발성이 높은 생성물로 전환합니다.중합 반응은 소분자인 기체 상태의 탄화수소를, 휘발유로 사용할 수 있는 액체 상태의 탄화수소로 전환시킨다.알킬화 반응은 소분자 올레핀과 사슬형 알칸을 더 크고 고옥탄가를 가진 사슬형 알칸으로 전환시킨다. 　　분해, 중합, 알킬화를 결합한 과정을 통해 원유의 70%를 가솔린 제품으로 전환할 수 있다.알케인의 환화나 나프탄의 탈수소와 같은 다른 고도의 가공 공정을 통해 방향족 화합물을 얻을 수 있으며, 휘발유의 옥탄가를 높일 수도 있다.현대화된 정유 공정은 투입된 원유를 완전히 연료형 제품으로 전환할 수 있다. 　　전체 석유 정제 과정에서 알킬화는 필요에 따라 분자를 재구성하여 생산량을 높이는 매우 중요한 단계입니다. 　　2. 반응 유형　그림 2: 반응식　알킬화 반응은 열적 알킬화와 촉매적 알킬화의 두 가지로 나눌 수 있다.열 알킬화 반응의 온도가 높아 열분해와 같은 부반응이 쉽게 일어나므로, 산업적으로는 촉매 알킬화법이 사용된다.주요한 촉매 알킬화 반응에는 다음이 있습니다: ① 알케인의 알킬화, 예를 들어 이소부텐을 사용하여 이소부탄을 알킬화하여 고옥탄가의 휘발유 성분을 얻는 경우； 　　②방향족 화합물의 알킬화, 예를 들어 에틸렌을 이용한 벤젠의 알킬화； 　　③페놀의 알킬화, 예를 들어 이부텐을 사용하여 페닐페놀을 알킬화하는 것. 　　알킬화는 금속 알킬화를 의미하기도 하며, 가장 대표적인 예입니다. 　　3. 촉매 산업적으로 알킬화 공정은 액상법과 기상법 두 가지로 나뉘며, 사용되는 촉매도 서로 다릅니다. 　　액상 알킬화 촉매　주로 사용되는 것은: ①산성 촉매로, 일반적으로 황산과 수소불화산이 사용된다.이부탄의 아크릴렌, 부텐을 이용한 알킬화는 현재 수소불화산을 사용하는 경우가 많다.벤젠의 알킬화는 고탄소 올레핀이나 C10～C18의 염화알칸을 사용하여 이루어지며, 페놀의 알킬화는 주로 황산을 사용합니다.②알루미늄 클로라이드-염화수소나 붕소 플루오라이드-염화수소와 같은 프레드-클레포드 촉매는, 벤젠과 에틸렌, 프로필렌 및 고탄소 알케인의 알킬화 반응, 그리고 페놀류의 알킬화 반응 등에 자주 사용됩니다. 　　기상 알킬화 촉매　주로 사용되는 것은: ① 고체 산 촉매로, 실리카 알루미나와 같은 것들이 있으며, 벤젠과 에틸렌/프로필렌, 나프탈렌과 프로필렌의 알킬화에 사용됩니다；②알루미나, 알루미나-실리카, 마그네슘과 철의 산화물, 그리고 활성 백토와 같은 금속 산화물 촉매는 벤젠과 에틸렌, 페놀 및 메탄올 간의 알킬화 반응 등에 자주 사용됩니다.③ZSM-5형 분자체 촉매와 같은 분자체 촉매는 주로 벤젠과 에틸렌의 알킬화 과정에 사용됩니다. 　　4. 반응 조건 알킬화는 발열 반응이며, 반응 열은 일반적으로 80~120kJ/mol입니다. 따라서 반응 열을 제거하는 것이 매우 중요합니다.열역학적 관점에서 보면, 매우 넓은 온도 범위에서도 반응을 거의 완전하게 진행시킬 수 있으며, 오직 온도가 매우 높을 때에만 현저한 역반응이 일어납니다.액상 반응에 사용되는 촉매는 일반적으로 활성이 높아, 보다 낮은 온도(0~100°C)에서 반응을 진행할 수 있다.적절한 압력을 가하는 것은 반응물을 액상 상태로 유지하고 반응 온도를 조절하기 위함입니다.올레핀의 중합 및 다알킬화 물질의 생성을 줄이기 위해, 일반적으로 높은 알켄/올레핀 또는 벤젠/올레핀 몰비(5~14:1)와 짧은 체류 시간을 사용한다.산업적으로 벤젠과 알킬화제를 효과적으로 활용하기 위해, 다알킬화물을 반응기로 다시 순환시켜 벤젠과 알킬전이 반응을 일으켜 단일알킬벤젠을 생성한다.원료 중의 아세틸렌, 황화물, 물은 촉매에 해로우므로 사전에 제거해야 합니다.기상 알킬화에 사용되는 촉매의 활성은 일반적으로 낮으므로, 반응은 높은 온도(150~620°C)에서 진행되어야 하며, 압력은 보통 1.4~4.1MPa이고, 벤젠과 올레핀의 몰비는 3~20:1입니다.원료에 포함된 황화물과 물은 촉매를 독화시키기 쉬우므로 사전에 제거해야 합니다. 　　5. 반응기　액상 알킬화는 수평형 또는 탑형 반응기 내에서 진행될 수 있으며, 반응열은 반응기(수평형) 내의 냉각관이나 증발 냉각을 통해 제거될 수 있다.반응물과 산이 충분히 혼합되도록 하고 일정한 체류 시간을 조절하기 위해, 교반, 순환, 가드판 사용 또는 다단계 직렬형 반응기를 활용할 수 있다.촉매는 부식성이 있기 때문에, 반응기는 내식성 재료로 라이닝해야 합니다.기상 알킬화는 장비에 부식을 일으키지 않으며, 일반적으로 관형 고정층 반응기가 사용되고, 다단계 냉각형 단열 반응기도 사용될 수 있다. 　　6. 산업적 응용 　석유 정제 산업에서 알킬화 공정은 주로 고옥탄가 휘발유를 생산하는 데 사용됩니다.예를 들어, 이부탄을 프로필렌이나 부텐으로 알킬화하여 알킬화 오일을 얻는 것이 바로 알킬화 공정의 최초의 응용 사례입니다.벤젠을 프로필렌으로 알킬화하여 이소프로필벤젠을 생산하며, 처음에는 휘발유의 첨가제로 사용되었으나 현재는 페놀과 프로필렌을 생산하는 주요 원료로 사용됩니다.현재 알킬화 과정은 다양한 중요한 유기 제품을 생산하는 데 주로 사용됩니다.예를 들어, 벤젠을 에틸렌으로 알킬화시켜 에틸벤젠을 생산하고, 벤젠을 C10～C18 알케인으로 알킬화시켜 합성 세제의 원료가 되는 고탄소수 알킬벤젠을 생산합니다.또한, 톨루엔을 프로필렌으로 알킬화하여 얻은 메틸이소프로필벤젠은 산화 및 이성질화 과정을 거쳐 메타카풀을 생산할 수 있다；톨루엔과 에틸렌이 반응하면 비닐톨루엔이 생산됩니다.메틸페닐렌은 이부틸화를 통해 메틸페닐렌 모스크를 생산할 수 있다.1,2,4-트리메틸벤젠을 메탄올이나 클로로메탄을 이용해 알킬화하면 1,2,4,5-테트라메틸벤젠을 생산할 수 있다.페놀을 이부텐으로 알킬화하면 트리부틸페놀이 생성되고, 다이이부텐으로 알킬화하면 페닐옥틸페놀이 생성됩니다. 　　7. 석유 탄화수소 알킬화
원리: 정유 공장에서 이루어지는 처리 과정 중 하나로, 촉매(수소플루오린산 또는 황산, 혹은 고체 산 – 연구를 통해 액체 폐산으로 인한 환경 오염이나 높은 처리 비용을 줄일 수 있음)가 존재하는 상태에서 이부탄과 부틸렌(또는 프로필렌, 부틸렌, 펜텐의 혼합물)을 알킬화 반응시켜 고옥탄가의 휘발유 성분을 만드는 과정입니다.이부탄과 부텐을 원료로 하여, 제조된 제품의 연구용 옥탄가는 94에 달할 수 있습니다(옥탄가 참조)；아크릴렌, 부텐, 펜텐 혼합물을 원료로 사용할 경우 옥탄가는 약간 낮아집니다.알킬화 휘발유는 민감도가 높고 증기압이 낮으며, 납에 대한 반응성도 우수합니다(소량의 테트라에틸납을 첨가하면 휘발유의 옥탄가를 현저히 높일 수 있습니다). 따라서 항공용 휘발유나 고옥탄가의 자동차용 휘발유를 생산하는 데 이상적인 원료입니다. 　　역사　제2차 세계대전 당시, 항공용 휘발유의 수요를 충족시키기 위해 석유 탄화수소 알킬화 기술이 개발되었습니다.1939년에는 영국의 인그리시-이란 석유회사가 황산을 촉매로 사용하여 석유 탄화수소 알킬화 설비를 건설했으며, 1942년에는 미국의 유니버설 오일 회사와 필립스 석유회사가 수소불화산을 촉매로 사용하여 고옥탄가 휘발유를 생산했습니다.전후 수십 년 동안, 고옥탄가의 자동차용 휘발유에 대한 수요 증가로 인해 지속적으로 발전해 왔습니다.중국은 1960년대에 황산법 알킬화 설비를 건설했으며, 최근에는 수소불화산법 알킬화 설비를 건설하고 있습니다. 　　공정 과정　사용되는 촉매에 따라, 염화수소법을 이용한 알킬화와 황산법을 이용한 알킬화의 두 가지로 나눌 수 있습니다. 　　수소플루오린산법 알킬화 공정은 일반적으로 원료 전처리, 반응, 제품 분별 및 처리, 산 재생, 그리고 3대 폐기물 처리 등의 단계로 구성됩니다.전처리의 주된 목적은 장비가 심각하게 부식되는 것을 방지하기 위해 원료의 수분 함량을 20ppm 이하로 유지하는 것이며, 동시에 황, 부타디엔 C2, C6, 산화물과 같은 불순물의 함량도 엄격하게 통제해야 합니다.탄화수소는 플루오린화 수소에 대한 용해도가 높아 알킬화 반응 속도가 매우 빠르며, 단지 수십 초 만에 거의 완료되므로 관형 반응기를 사용할 수 있다.반응 온도는 20~40℃이며, 압력은 0.7~1.2MPa입니다.부작용을 억제하기 위해, 대량의 이부탄을 반응 원료로 다시 투입해야 하며, 이를 통해 이부탄과 올레핀 원료의 부피 비율을 (8～12):1로 유지해야 합니다.반응열은 산 냉각기를 통해 제거됩니다.산 재생의 주된 목적은 반응 중에 생성된 중합체와 원료에 포함된 물을 제거하여, 산에 용해되는 오일을 재생기 바닥에서 배출시킴으로써 플루오린화수소산의 농도를 약 90% 수준으로 유지하는 것입니다.알킬화유는 주 분별탑 바닥에서 배출되고, 순환 이부탄은 탑의 측선에서 추출됩니다.항공 연료를 생산하려면, 얻어진 알킬화유를 다시 증류해야 하며, 탑 꼭대기에서 가벼운 알킬화유를 분리하여 항공 휘발유의 성분으로 사용합니다.시스템에서 배출되는 플루오린화 수소가 포함된 폐가스나 폐액은 모두 처리를 거쳐야 하며, 마지막으로 염화칼슘과 반응시켜 불활성인 염화칼슘으로 만들어집니다.1톤의 알킬화 휘발유를 생산하는 데 약 0.4~0.6kg의 수소불화산이 소모됩니다. 　　황산법 알킬화의 기본 과정은 수소불화산법과 유사하다.주요 문제는 산 소모량이 많다는 것으로, 1톤의 알킬화유를 생산하는 데 70~80kg의 황산이 필요하며, 동시에 다량의 희석된 산이 부생됩니다.주변에 황산 공장이나 산 농축 시설이 없다면, 심각한 환경 오염이 발생할 것입니다. 　　알킬화 황산화 　　II. 알킬화 황산화 　　1. 개요 　　황산을 촉매로 사용하여 올레핀의 알킬화를 실현한다.계단식과 관형 두 가지가 있으며, 반응이 낮은 온도에서 진행되도록 하기 위해 전자는 반응물 자체가 부분적으로 증발하여 열을 흡수해 온도를 낮추고, 후자는 반응 후의 유출물을 저압으로 팽창시켜 냉각하는 방법을 사용한다. 　　황산법 알킬화에는 계단식과 튜브-쉘식이라는 두 가지 방식이 있습니다. 반응이 낮은 온도에서 진행될 수 있도록, 전자의 경우는 반응물 자체가 부분적으로 증발하면서 발생하는 열을 이용해 온도를 낮춥니다. 후자의 경우는 반응 후의 유출물을 저압으로 팽창시켜 냉각시키는 방식을 사용합니다. 　　다단계 계단식 반응기의 각 단계에는 탄화수소 원료와 황산을 유화시키기 위한 교반기가 설치되어 있다.황산과 이부탄은 반응기의 첫 번째 단계에서 유입되어 각 단계를 순조롭게 통과합니다.올레핀은 여러 부분으로 나뉘어 각 단계로 들어갑니다. 　　반응기의 각 구간에서는 일부 탄화수소가 증발하여, 반응으로 발생하는 열을 흡수함으로써 반응 온도를 낮게 유지합니다. 　　증발된 탄화수소는 압축 및 응축을 거쳐 액화된 뒤 프로판을 제거한 후 다시 반응 시스템으로 돌아갑니다. 　　반응기 내부에는 터빈형 교반기가 설치되어 있어, 황산과 탄화수소가 내부에서 고속으로 순환하면서 유제를 형성합니다. 　　반응 후의 산-탄화수소 에멀젼은 침전기로 들어가며, 분리된 황산은 반응기로 다시 순환되어 재사용됩니다. 한편, 침전기에서 분리된 반응 생성물은 압력 제어 밸브를 통해 반응기의 열 흡수관을 거치면서 일부가 기화되어 반응열을 흡수함으로써 반응 온도를 낮게 유지합니다. 　　2. 주요 영향 요인　반응 온도　알킬화 반응은 비교적 낮은 온도에서 진행되며, 황산법을 이용한 알킬화 반응의 적절한 온도는 8–12℃입니다. 　　황산의 농도 　황산은 알킬화 반응의 촉매로 사용되며, 그 농도는 반응에 큰 영향을 미칩니다. 　　황산의 농도가 99m%를 초과하면, SO3가 이부탄과 직접 반응하여 산의 소모량이 증가합니다. 반면, 농도가 85m% 미만이면 촉매의 활성도가 **감소하며, 장비의 부식도 심해집니다. 　　따라서 적절한 황산 농도는 95–96m%입니다. 　　산업적으로 반응기에 투입되는 신선한 황산의 농도는 보통 98–99m%입니다. 하지만 원료에 포함된 수분과 부반응으로 인해 생성되는 물로 인해 농도가 점차 낮아집니다. 또한 황산에스터와 산에 용해되는 고분자들이 생성되면서도 농도는 계속 감소합니다. 황산 알킬화유의 품질을 유지하고, 동시에 황산이 장비를 부식시키는 것을 방지하기 위해, 농도가 88–90m%까지 떨어지면 그 황산은 폐액으로 처리해야 합니다. 　　황산의 소비는 황산 알킬화 생산 비용에서 상당한 비중을 차지하므로, 산의 소모를 최대한 줄여야 합니다. 　　원료의 불순물 함량이 증가하면 산 소모량도 증가합니다. 또한 원료에 프로펜이나 펜텐과 같은 올레핀이 포함되어 있으면 산 소모량이 현저히 증가합니다. 온도가 너무 높거나 낮거나, 혼합이 고르지 않은 등 반응 조건이 적절하지 않아도 역시 산 소모량이 증가합니다. 　　이를 위해 산 소모가 증가하게 하는 앞서 언급한 상황들이 발생하지 않도록 해야 합니다. 　　환경을 보호하고 비용을 절감하기 위해, 장치에서 배출되는 폐산은 결코 함부로 방출해서는 안 됩니다. 폐산은 소각로로 보내져 고온에서 SO2를 생성시키고, 이 SO2를 더욱 산화시켜 SO3로 만들어 황산을 회수해야 합니다. 　　황산 농도 측정은 매우 중요하며, Dupont Stracto 알킬화 장치에는 온라인 농도 분석 장치가 탑재되어 있습니다. 　　산화합물 대 탄화수소 비율: 반응 시스템 내에서 황산과 탄화수소의 비율이 너무 낮으면, 분산 유화 과정에서 산의 양이 연속상을 형성하기에 충분하지 않아 탄화수소가 연속상이 되게 됩니다. 이로 인해 알킬화 오일의 품질이 저하되고 산의 소모량도 증가합니다. 　　산업적으로 일반적으로 사용되는 산과 탄화수소의 비율은 1–1.5:1로, 이를 통해 황산이 연속상 상태를 유지할 수 있습니다. 　　황산의 열전도율이 탄화수소류보다 훨씬 높기 때문에, 황산을 연속상으로 사용하면 반응열을 보다 효과적으로 제거할 수 있습니다. 이를 통해 국부적인 과열로 인해 반응 온도가 너무 높아지는 것을 막고, 그로 인한 부반응의 발생을 줄일 수 있습니다. 　　산화수소와 탄화수소의 비율도 너무 높아서는 안 되며, 그렇지 않으면 탄화수소의 공급량이 줄어들어 설비의 처리 능력이 저하됩니다. 또한 황산의 양이 증가하면 반응 시스템의 점도와 밀도가 상승하여 혼합에 필요한 에너지 소비가 증가합니다. 　　이부탄과 올레핀의 비율　산상에서의 이부탄 농도를 높이고, 올레핀의 중합과 같은 부반응을 억제하기 위해, 반응 시스템 내에서는 높은 알켄-올레핀 비율을 유지해야 합니다.산업적으로 반응기 공급물의 알켄 대 알칸 비율은 일반적으로 5–15:1입니다. 　　알켄과 알칸의 비율을 높이는 목적은 반응 시스템 내의 이부탄 순도를 향상시키기 위함이므로, 생산 과정에서는 반응 생성물 중의 이부탄 농도가 60–70v% 이상이 되도록 조절합니다. 　　황산 내에서의 탄화수소의 분산 상태: 황산은 연속상이며, 탄화수소는 분산상입니다. 알킬화 반응에서 중요한 단계는 이부탄이 산상으로 이동하는 것이므로, 교반 속도가 반응에 큰 영향을 미칩니다. 　　산성 탄화수소의 밀도 차이가 크고 황산의 점도도 높기 때문에, 반응 시스템의 분산 상태를 개선하고 물질 및 열 전달 효율을 높이기 위해 강력한 교반을 해야 합니다. 이를 통해 알킬화 반응을 가속화시켜 알킬화유의 옥탄가를 향상시킬 수 있습니다. 　　반응 시간 반응 시간은 교반 강도와 두 상의 분산 상태와 관련이 있으며, 일반적으로 황산 알킬화 반응의 시간은 20–30분입니다. 　　시간이 너무 짧으면 반응이 완전히 이루어지지 않아, 알킬화유의 수율에 영향을 미칩니다. 　　시간이 너무 길어지면 장치의 처리 능력이 저하될 뿐만 아니라, 2차 반응이 일어나어 생성물의 품질이 떨어집니다. 　　삼. 알킬화 반응　유기 화합물 분자 내의 탄소, 산소, 질소에 결합된 수소 원자가 알킬기로 대체되는 반응.탄소 원자상의 알킬화① 카르보닐기의 a탄소 상의 수소의 알킬화.카르보닐기의 a탄소에 있는 수소는 약한 산성을 가지며, 강염기(예: 아미노나트륨, 수소화나트륨)의 작용 하에 할로알케인과 알킬화 반응을 일으켜 a탄소 알킬화 생성물을 만들어낸다. 　　1. 정의　유기 화합물 분자 내에서 탄소, 산소, 질소에 결합된 수소 원자가 알킬기로 대체되는 반응. 　　2. 반응 기작 　　탄소 원자상의 알킬화: 　　① 카르보닐기의 a탄소에 있는 수소의 알킬화. 　　카르보닐기의 a탄소에 있는 수소는 약한 산성을 가지고 있습니다. 강염기(예: 아미노나트륨, 수소화나트륨)의 작용 하에 카르보닐기의 a탄소는 할로알케인과 알킬화 반응을 일으켜 a탄소 알킬화 생성물을 만들어냅니다. 동일한 에스터의 직접적인 알킬화는 자가 축합을 유발합니다；다알킬화 반응도 일어납니다.a-탄소 단알킬화 생성물을 얻으려면, **피롤, 마롤과 같은 2차 아민을 이용해 에닐아민을 만든 다음, 활성적인 할로겐화 알칸(요오드메탄, 할로겐화 벤젠 등)과 반응시켜 치환된 에닐아민을 생성시킨다. 그 후 가수분해를 거치면 알킬화된 카르보닐 화합물이 얻어진다. ② 활성적인 메틸기의 알킬화. 　　두 활성기 사이에 위치한 메틸기는 비교적 활발하여, 알코올 나트륨의 작용으로 쉽게 알킬화된다.활성기는 니트로기, 카르보닐기, 에스터기 또는 시안기 등이 될 수 있습니다.예를 들어, 치환된 말론산 에스터 합성법과 아세틸아세테이트 합성법: H2C(COOC2H5)2 + C2H5O-Na+ + CH(COOC2H5)2-Na++C2H5OH → CH(COOC2H5)2-Na+ + RXR → CH(COOC2H5)2 + NaX. 또한 CH3COCH2COOC2H5 + C2H5O-Na+ → (CH3COCHCOOC2H5)-Na++C2H5OH. 여기서 R은 알킬기입니다；X는 할로겐이다.치환된 말론산 에스테르와 아세틸아세테이트는 가수분해되면 쉽게 탈카복실화되어 치환된 아세트산 등으로 분해되며, 이 반응은 유기합성에 널리 사용됩니다.이러한 알킬화 반응들은 모두 무수 조건 하에서 진행됩니다. 　　③상전이 촉매를 이용한 알킬화. 　　상전이 촉매를 이용하여 서로 용해되지 않는 두 액상 시스템에 있는 반응물들을 반응시킨다.무수 상태에서 조작할 필요가 없으며, 무수 알코올 나트륨 대신 진한 수산화나트륨 수용액을 사용할 수 있습니다.반응 조건이 온화하고 조작이 간편합니다.흔히 사용되는 촉매로는 4급 암모늄염(Q+X-)인 (n－C4H9)4N+HSO4-, 4급 인산염, Cl- 또는 코로네이트 등이 있습니다.반응물은 계면에서 염기와 반응하여 음이온 탄소를 생성한다.후자는 4급 암모늄염 양이온과 이온쌍을 형성하여 유기상으로 이동한 뒤, 할로알칸과 알킬화 반응을 일으킨다. 　　3. 화학 반응 　푸레델-크래프츠 알킬화 반응에서, 사용되는 알킬기가 3개의 탄소 원자 이상을 가진 직쇄 알킬기인 경우, 카르보카티온이 재배열된다. 　　4. 사례
예를 들어, 산소 원자에 결합된 알킬화된 알코올 나트륨이 할로알칸과 반응하여 에터가 생성됩니다. 이는 불균칭 에터를 합성하는 중요한 방법입니다:
RONa + R′XROR′ + NaX
페놀은 알코올보다 산성이 강하기 때문에, 수산화나트륨을 사용하면 아로마틱 옥시 음이온이 생성되고, 그 후 알킬화가 이루어집니다. 　　예를 들어, 황산디에스터류도 흔히 사용되는 알킬화 시약으로, 할로알켄보다 활성이 높으며 반응 조건이 온화하고 일반적으로 하나의 알킬기만이 반응에 참여합니다. 　　질소 원자에 결합된 알킬화 할로알케인을 암모니아나 아민과 특정 압력 하에서 가열하면 1급, 2급, 3급 아민은 물론 4급 암모늄염까지 포함한 혼합물이 생성된다.분별을 통해 1급, 2급, 3급 아민을 순차적으로 분리할 수 있다.반응물의 비율과 조건을 조절하면, 그 중 한 종류의 아민을 주요 생성물로 만들 수 있다. 　　N3H+RXH3R+X-　　H3R+NH3RNH2+H4　　RNH2+RXR2N2+X-　　R2H2+NH3R2NH+H4　　R2NH+RXR3H+X-　　R3H+NH3R3N+H　　R3N+RXR4+X-
황산디에스터를 사용하여 알킬화할 때는, 염기성이 더 강한 질소 원자를 우선적으로 선택하여 반응시킵니다. 　　IV. 알킬화 휘발유 　　1. 휘발유의 옥탄가를 높이는 방법들 　　현재 휘발유의 옥탄가를 높이는 주요 기술로는 촉매 개질 기술, 알킬화 기술, 이성질화 기술, 그리고 휘발유의 옥탄가를 향상시키는 첨가제(안티노크제)가 있습니다. 　　촉매 개질은 주로 휘발유 내의 방향족 화합물과 이성질 알칸의 양을 높여 휘발유의 옥탄가를 향상시키는 것입니다. 그중에서도 방향족 화합물이 옥탄가 향상에 더 큰 기여를 합니다. 하지만 개질을 통해 휘발유의 옥탄가를 높이는 단점은 방향족 화합물과 벤젠의 함량이 증가한다는 점입니다. 　　알킬화 휘발유는 LPG에 포함된 이부탄과 부텐-1, 부텐-2, 이부틸렌을 반응시켜 이오크탄을 생성하는 것으로, 따라서 알킬화 휘발유의 성분은 전부 이오크탄입니다. 이오크탄은 옥탄가가 높고 반응성이 우수하며 증기압이 낮고 끓는점 범위가 넓습니다. 또한 방향족 화합물, 황, 올레핀이 함유되어 있지 않은 포화 탄화수소이므로, 이상적인 고옥탄가의 청정 휘발유 성분입니다. 　　이성질화는 휘발유의 옥탄가를 높이는 가장 저렴한 방법 중 하나로, 경직류 나프타(C5/6)에 포함된 직쇄 알칸을 분지쇄 알칸으로 전환시켜 휘발유의 옥탄가를 10%～22%까지 높일 수 있습니다. 　　다양한 첨가제들은 휘발유의 점화저항성을 현저히 향상시킬 수 있다. 예를 들어, MTBE는 가장 먼저 개발되고 사용된 에터계 옥탄가 개선제이지만, 이들은 휘발유의 구성 성분(탄화수소)이 아니기 때문에 사용 과정에서 여러 문제를 야기할 수 있으며, 동시에 첨가제의 가격도 매우 비싼 편이다. 　　2. 휘발유의 주요 구성 성분
미국의 휘발유는 대체로 촉매 분해법으로 생산된 휘발유가 1/3을 차지하고, 촉매 개질법으로 생산된 휘발유도 1/3을 차지합니다. 나머지 1/3은 고옥탄가를 가진 다른 성분들로 구성됩니다.서유럽의 촉매분해 휘발유가 27%, 촉매개질 휘발유가 47%이며, 나머지는 주로 다른 고옥탄가 성분들입니다. 　　우리나라의 휘발유 중 촉매분해 휘발유의 비율은 75%에 달하는 반면, 재생 휘발유, 알킬화유, MTBE 등의 비율은 매우 낮습니다. 이러한 휘발유 구성의 차이로 인해 우리나라의 휘발유 품질은 해외 제품에 비해 현저히 떨어집니다. 　　우리나라의 현재 자동차용 휘발유 품질의 주요 문제는 올레핀 함량과 황 함량이 높다는 것입니다. 　　3. 알킬화 휘발유
알킬화 휘발유의 특징
주로 이성질 알케인으로 구성되어 있으며, 올레핀이나 방향족 화합물은 거의 포함되어 있지 않습니다. 유황 함량도 낮고, 옥탄가는 높은 편입니다. 일반적으로 옥탄가는 95~96이며, 경우에 따라서는 98에 달하기도 합니다. 휘발유에 대한 민감도도 낮으며, 옥탄가와 엔진의 실제 성능 사이의 차이도 3 이하입니다. 증기압도 낮아서, 저렴하면서도 옥탄가가 높은 부탄을 많이 혼합할 수 있습니다. 또한 연소 에너지도 높아서, 고압축비 엔진에서도 사용할 수 있습니다. 　　알킬화 원료　이성질 알케인: 이부탄. 　　올레핀: 이소부텐, 1-부텐, 순-2-부텐, 반-2-부텐과 같은 다양한 부텐 이성질체들의 알킬화 반응 결과도 제각각입니다.수소플루오린산을 촉매로 사용할 때, 2-부텐으로 알킬화된 제품의 옥탄가가 가장 높으며, 이소부텐으로 알킬화된 제품의 옥탄가가 그 다음이고, 1-부텐으로 알킬화된 제품의 옥탄가가 가장 낮습니다.황산을 촉매로 사용할 때, 1-부텐으로 얻어지는 알킬화유의 옥탄가는 2-부텐 및 이소부텐 알킬화 제품의 옥탄가보다 약간 높습니다. 　　알킬화 공정　주요 반응:　전통적인 액체 산을 이용한 이부탄 알킬화 공정에서는, 사용되는 촉매에 따라 황산을 이용한 알킬화 공정과 수소불화산을 이용한 알킬화 공정으로 나눌 수 있습니다. 　　황산법의 공정에는 Stratco, Kellogg, ExxonMobil, ReVAP(Phillips/ExxonMobil), Alkad(UOP/ChevronTexaco)가 있습니다； 　　수소플루오린산법 공정에는 UOP, Phillips (Conoco Phillips)가 있습니다.2002년 말까지 전 세계적으로 107개의 알킬화 설비가 ReVAP(Phillips/ExxonMobil) 기술을 도입하고 있었습니다. 　　현재 전 세계의 Stratco 알킬화 생산능력은 2,580만 톤/년이며, ExxonMobil의 알킬화 생산능력은 495만 톤/년입니다. 　　황산법 공정의 폐산 배출량이 많아 환경 오염이 심각함；수소플루오린산은 쉽게 증발하는 극독성 화학물질로, 유출될 경우 생산 환경과 주변 생태계에 심각한 피해를 줍니다.두 가지 공정 모두 생산 장비의 부식과 같은 문제가 있습니다. 　　일부 휘발유 성분의 옥탄가　　다섯째, 알킬화 기술의 발전　　미국의 ‘화학공학’지 2016년 5월호에 따르면, 알킬화는 점점 더 중요해지고 있는 정제 기술입니다. 이 기술은 저탄소 올레핀과 이부탄을 반응시켜 트라이메틸펜탄 이성질체, 즉 알킬화유를 만들어냅니다. 이 알킬화유는 청정 휘발유를 제조할 때 사용될 수 있습니다.알킬화유는 고품질의 휘발유 성분으로, 옥탄가가 높고 증기압이 낮으며, 황 함량이 적고 방향족 화합물을 포함하지 않습니다.알킬화유에 대한 수요가 증가하고 있는데, 그 주된 이유는 경제 성장으로 인해 더 많은 휘발유가 필요해지고, **더 엄격한 휘발유 기준이 강제로 적용되며, 휘발유 내의 방향족 화합물과 올레핀과 같은 고옥탄가 성분의 함량을 줄여야 하는 규정이 생겼으며, 고성능 엔진에 대한 수요도 증가하기 때문입니다. 　　휘발유의 유황 함량을 엄격하게 제한하기 위해서는 더 까다로운 수소처리가 필요해져 휘발유의 옥탄가가 하락합니다.알킬화 오일은 고옥탄가의 저황 혼합 성분으로, 완제품인 휘발유의 옥탄가를 높여줍니다.또 다른 요인은 미국의 셰일 매장지에서 저렴한 부탄을 얻을 수 있어, 알킬화에 필요한 대량의 저렴한 원료를 공급할 수 있다는 것입니다. 　　1. 고체 산 촉매 알킬화 기술의 발전 　　지난 몇 달 동안, 수년에 걸쳐 개발된 고체 산 알킬화 촉매가 유해하고 부식성이 강한 액체 산(수소불화산과 황산) 촉매를 대체할 수 있게 되었다는 사실이 확인되었습니다.올해의 AFPM 회의에서 CB&I사는 세계 최초의 산업 규모의 고체 산 촉매를 이용한 알킬화 설비의 개발 현황을 발표했습니다. 이 설비는 중국 산둥성의 훙펑 석화회사의 자회사인 지보 하이이 정밀화학회사에 건설되었으며, 2015년 8월에 가동을 시작했습니다.이 장치는 CB&I, 야보, 그리고 핀란드의 네스테사가 공동으로 개발한 AlkyClean 기술을 채택하고 있으며, 알킬화유의 생산량은 하루 2,700배럴(연간 10만 톤)입니다.CB&I사에 따르면, 지금까지 산동성에 설치된 이 장비의 모든 성능이 예상치에 부합했다고 합니다.생산이 시작된 이후, 알킬화유 제품의 품질이 매우 우수하다는 것이 입증되었습니다. 연구용 옥탄가(RON)는 96~98 사이로, 일반적인 알킬화유의 연구용 옥탄가보다 현저히 높습니다.연구용 옥탄가는 알킬화유가 휘발유 혼합 성분으로 사용될 때의 가치를 나타내는 중요한 지표입니다. 　　AlkyClean 기술은 야보사가 개발한 AlkyStar 촉매를 사용하며, 이는 내구성이 뛰어난 고정층 제올라이트 촉매입니다.이 촉매는 CB&I사의 혁신적인 반응기 공정과 결합하여, AlkyClean 공정이 액체 산 촉매 없이도 고품질의 알킬화 오일 제품을 생산할 수 있게 하며, 공정의 안전성과 신뢰성도 높여줍니다.후처리가 필요하지 않으며 산에 용해되는 오일 폐기물도 없기 때문에, 매우 효과적인 알킬화 오일 생산 기술입니다. 　　KBR사는 올해 2월, 자사의 K-SAAT 고체 산 알킬화 기술과 관련된 첫 번째 기술 이전 계약이 체결되었다고 발표했습니다.KBR사와 계약을 맺은 곳은 동영하이커루이린화공회사로, 동영시에 생산 설비를 건설합니다.KBR사는 특허 기술, 기본 공정 설계, 핵심 장비 및 촉매를 제공합니다.이 장치는 2017년 1분기에 가동될 것으로 예상됩니다. 　　K-SAAT 공정의 특징은 ExSact라는 고체 산 촉매를 사용한다는 점입니다.이것은 개선된 형태의 촉매로, 현재 상업적으로 구입할 수 있습니다. 액체 산 촉매에 비해 인체와 환경에 미치는 해로움이 훨씬 적습니다.이러한 장점과 건설 투자가 적다는 점이, 하이코사가 일반적인 황산 알킬화 기술 대신 K-SAAT 공정을 선택하도록 결정하게 된 주요 요인입니다.KBR사의 촉매 분해 및 알킬화 기술 매니저인 가우탐 크리슈나이아는, 고체 산 촉매를 사용하는 알킬화 장비의 운영 비용도 저렴하다고 말했습니다. 왜냐하면 K-SAAT 장비의 유지보수 비용이 적을 뿐만 아니라, 황산을 사용하는 알킬화 장비처럼 냉각 시스템도 필요하지 않기 때문입니다.또한, 액체 산의 재생이나 고형 폐기물 처리(산알칼리 중화)도 필요하지 않습니다. 　　KBR은 Exelus와 협력하여 이 친환경 화학 기술을 개발했으며, 현재 KBR은 Exelus의 ExSact 촉매에 대한 유일한 라이선시입니다.K-SAAT 공정은 두 대의 반응기를 사용하며, 한 대는 알킬화 작업을 수행하고 다른 한 대는 재생 또는 예비용으로 사용됩니다.수소를 이용해 촉매를 완전히 재생시키며, 재생 과정에서 연질 코크스(다양한 불포화 탄화수소)와 촉매에 흡착된 오염물질들이 모두 제거되어 배출됩니다. 　　성공적으로 개발된 ExSact 촉매는 여러 면에서 액체 산 촉매 및 기타 고체 산 촉매보다 우수합니다.제품의 선택성을 강화하기 위해 촉매의 산 중심과 공극 구조가 모두 최적화되었습니다.다른 고체 산 촉매와 비교할 때, ExSact 촉매를 사용한 알킬화의 운전 주기가 더 길다；원료의 출처와 성분(에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐 모두 올레핀으로 사용될 수 있음)에 있어서 유연성이 매우 높습니다.이와 달리, 액체 산 알킬화 공정에서는 에틸렌을 사용하여 알킬화할 수 없는데, 이는 에틸렌을 사용하면 안정적인 에스터가 생성되기 때문입니다.또한, KBR사의 고체 산 공정은 원료에 포함된 오염물질(예: 수분, 황, 다이엔, 산화합물, 니트릴화합물)에 대해 우수한 저항력을 가지고 있습니다. 　　2. 황산 촉매를 이용한 알킬화 기술의 발전
산업 규모의 고체 산을 이용한 알킬화 공정이 등장했음에도 불구하고, 액체 산 촉매를 이용한 알킬화 장치의 혁신적인 활용은 계속되고 있습니다.듀폰은 자사의 설퍼산 알킬화 기술을 일부 독특한 원료에 적용하고 있습니다.올해 3월, 듀폰사는 중국의 한 정유공장과 계약을 체결했다고 발표했습니다. 이 계약에 따라 듀폰사는 100% 부틸렌을 원료로 사용하는 알킬화 장비를 공급하게 됩니다.듀폰의 청정 기술 글로벌 영업 매니저인 제니 브란자루는, 듀폰의 알킬화 관련 신기술의 화학적 기반은 이미 오랫동안 마련되어 있으며, 현재의 경제 상황은 부탄을 이용해 알킬화유를 생산하는 ‘특수 알킬화’ 기술의 발전에 유리하다고 말했습니다.이러한 독특한 가공 공정은 이전에는 경제적이지 않았습니다.브란자루는 많은 회사들이 공개 시장에서 저가로 가치가 낮은 부탄을 구입한 뒤, 탈수소 장치를 이용해 이소부텐을 생산하고, 그 이소부텐을 알킬화 장치에 투입하여 고가치의 알킬화유를 만든다고 말했습니다.하지만 듀폰의 기술은 부탄에 국한되지 않으며, 매우 높은 농도의 프로필렌과 100%의 펜텐도 가공할 수 있다. 　　중국 다롄 헝리 석화회사는 듀폰과 알킬화 및 폐산 재생(SAR) 기술 공급에 관한 계약을 체결했으며, 창싱다오 항구 산업단지에 신설되는 정유공장에 생산 설비를 구축할 예정입니다.현재 항리석화회사는 2018년에 건설을 계획하고 있으며, 2019년에 가동될 것으로 예상됩니다.듀폰은 자체적인 Stratco 알킬화 기술과 MECS 폐산 재생 기술을 사용할 것입니다. 　　석유화학 통합 단지에서 듀폰사의 기술을 도입함으로써, 항력회사는 100% 이부틸렌 원료를 사용해 고품질의 알킬화 오일 제품을 생산할 수 있게 됩니다.듀폰사의 Stratco 기술 부문 글로벌 비즈니스 매니저인 케빈 보크윙켈은 “헝리사의 설비는 독특한 원료를 사용할 수 있어, 알킬화유가 휘발유 시장에서 새로운 시대를 열게 되었다는 것을 의미합니다. 왜냐하면 부탄을 이용해 알킬화유를 생산하는 설비가 전 세계적으로 점점 더 많아지고 있기 때문입니다.”라고 말했습니다.항력회사의 알킬화 설비는 Stratco 접촉 반응기에서 듀폰사의 XP2 특허 기술이 적용될 예정입니다.보크윙켈은 XP2 기술의 설계가 튜브 어셈블리의 열전달 면적을 매우 효과적으로 활용할 수 있게 해주며, 이를 통해 뚜렷한 공정상의 이점을 바탕으로 알킬화 오일 제품의 품질을 향상시킬 수 있다고 말했습니다. 　　육, 2016년년 알킬화 기술의 최신 동향 　알킬화는 촉매의 작용에 의해 정유 공장의 액화가스에 포함된 이부탄과 올레핀이 반응하여 휘발유 조성 성분인 알킬화 오일을 생성하는 과정입니다.알킬화유는 옥탄가가 높고 증기압이 낮으며, 올레핀과 황을 함유하지 않아 이상적인 휘발유 혼합 성분입니다.이에 따라 알킬화 기술은 최근 몇 년간 석유화학 기업들로부터 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 　　생산 공정 측면에서 보면, 현재 대량 생산에 사용되는 알킬화유 제조 공정으로는 황산법과 수소불화산법이 주로 있습니다. 이 두 방법은 알킬화유의 생산 효율이 높고 선택성도 우수하지만, 황산법의 경우 폐산 배출량이 많아 환경 오염이 심각합니다；수소불화산은 쉽게 증발하는 극독성 화학물질로, 유출될 경우 환경과 주변 생태계에 심각한 피해를 줍니다.또한, 두 가지 공정 모두 생산 장비의 부식과 같은 문제가 있습니다. 　　액체 강산의 강한 부식성과 인체에 미치는 심각한 해로움이라는 단점을 극복하기 위해, 최근 몇 년간 국내외에서는 기존의 전통적인 기술을 지속적으로 개선하는 동시에, 현재 사용되고 있는 액체 산을 이용한 알킬화 공정을 대체할 수 있는 차세대 고체 강산 알킬화 촉매 및 공정을 적극적으로 개발하고 있습니다. 　　1. 전통적인 액체 산 알킬화 기술 현재 알킬화 오일을 생산할 때는 여전히 전통적인 황산법과 수소불화산법을 이용한 알킬화 공정이 주로 사용되고 있습니다.통계에 따르면, 현재 전 세계적으로 황산법을 이용한 알킬화 장치는 110여 대가 있으며, 수소불화산법을 이용한 알킬화 장치는 약 120여 대입니다. 　　수소플루오린산과 황산 알킬화 장치의 전체적인 운영 방식은 다르지만, 두 공정의 반응 기전은 매우 유사합니다.1960년대에는 산성 황산을 촉매로 사용하는 알킬화 설비의 수가 플루오린화 수소 촉매를 사용하는 설비의 3배였습니다.그때부터 알킬화 기술의 추세는 플루오린화수소산 사용으로 전환되었으나, 이후 다시 황산 사용으로 돌아갔습니다.두 가지 공법은 수년간의 상호 경쟁을 거치며 발전하여 각자의 특징을 갖추게 되었습니다. 　　1) 수소플루오린산 알킬화 기술 　수소플루오린산 알킬화 공정 기술은 60년 이상 사용되어 왔으며, 그동안 이 기술은 계속해서 개발되고 개선되어 왔습니다.수소불화산 알킬화 공정은 황산 알킬화 공정에 비해 공간을 적게 차지하고, 설계가 간단하며, 필요한 촉매의 양도 적습니다.하지만 이 방법에도 단점이 있으며, 그중 가장 흔한 문제는 이부탄, 프로판, 수소불화산 및 불소화합물을 분리하는 데 드는 비용이 황산 알킬화 기술(UOP의 두 개의 반응기를 연속으로 사용하는 공정은 제외)보다 높다는 것입니다.또한, 이 기술에는 더 심각한 문제가 있는데, 바로 유독 가스인 수소플루오린산이 대기 중으로 퍼진다는 것입니다. 수소플루오린산 가스의 농도가 낮을 때도 눈, 피부, 코를 자극할 수 있습니다；농도가 높으면 생명을 위협할 수 있습니다. 　　수소불화산 알킬화 관련 특허 보유자: UOP와 PHILLIPS(코노피스)
수소불화산 알킬화의 가장 큰 문제는 수소불화산 촉매의 휘발성, 부식성, 독성입니다. 이러한 문제로 인해 미국 환경보호청의 금지 조치가 내려졌으며, 그 결과 지난 20년간 새로 건설된 알킬화 설비들은 거의 수소불화산 방식을 사용하지 않고 있습니다. 　　2) 황산 알킬화 기술　황산 알킬화 기술에는 폐산 처리나 장비 부식과 같은 문제들이 있지만, 알킬화유의 생산에 대한 관심이 점점 높아지고 있기 때문에, 새로운 기술을 개발하는 동시에 황산 알킬화 기술도 지속적으로 개선되고 있습니다.현재 주요한 황산법 알킬화 관련 특허를 보유한 기업으로는 듀폰과 LUMMUS가 있습니다. 그중 듀폰의 기술을 활용한 알킬화 능력은 전 세계에서 가장 뛰어납니다. 듀폰은 황산 알킬화 기술(STRATCO)과 폐산 재생 기술(MECS)을 모두 보유하고 있으며, 전 세계 황산 알킬화 시장에서 약 80%의 점유율을 차지하고 있습니다.국내에서 듀폰 기술이 적용된 사례로는 중해유 호위화학공장(연간 16만 톤, 2009년 가동)이 있으며, 국내에는 2016년에 가동될 예정인 다른 3개의 설비도 있다. 　　룸스의 CDAlky 황산법 기술은 최근 국내에서도 널리 활용되고 있습니다. 이미 가동 중이거나 곧 가동될 설비로는 산둥 신치(연간 20만 톤, 2013년 5월 가동), 산둥 하이위에(연간 60만 톤, 2014년 7월 가동), 광시 친저우 티엔헝 석화(연간 20만 톤, 2014년 4월 가동), 윈티안화(연간 24만 톤, 2016년 가동) 등이 있습니다. 　　황산법 알킬화의 가장 큰 문제는 폐산 처리 문제이므로, 알킬화 설비와 함께 폐산 재생 설비를 함께 구축해야 하며, 투자 및 운영 비용도 수소불화산 알킬화에 비해 상당히 높아집니다. 　　2. 대체 알킬화 기술　연구자들이 수소불화산과 황산을 이용한 알킬화 공정을 지속적으로 개선해왔지만, 건설 비용이 높고 산의 소비량이 많으며 부식성이 강하고 환경 오염을 유발하기 쉽다는 등의 문제들을 근본적으로 해결하지는 못했습니다.이에 따라 국내외에서는 청정하고 안전한 대체 알킬화 기술을 적극적으로 개발하고 있으며, 그중 고체 산 알킬화 기술과 이온 액체 알킬화 기술이 가장 두드러진 진전을 보이고 있습니다. 　　1) 고체 산 알킬화 기술　현재는 전통적인 액체 산 알킬화 기술이 이미 매우 발달해 있지만, 이러한 기술들이 안전과 환경에 미치는 영향으로 인해 더욱 안전하고 친환경적인 공정 기술의 개발이 추진되고 있습니다. 　　액체 산 기술에 비해 고체 산 알킬화 반응은 조건이 온화하고 재생이 용이하며, 고체 산 알킬화 반응 과정에서의 올레핀 중합 문제를 해결한 후에는 고체 산 알킬화로 생산된 휘발유의 성능이 액체 산으로 생산된 휘발유의 성능과 거의 동등해진다；동시에 고체 산은 액체 산의 부식성과 잠재적 위험성이 없으며, 설비 재질에 특별한 요구사항이 없어 공정 안전성이 높습니다；환경 보호 측면에서는 폐산 처리로 인한 부정적인 문제가 없기 때문에, 최근 몇 년간 전 세계의 여러 대형 석유 회사들과 연구 기관들이 고체 촉매의 개발에 힘을 쏟고 있습니다. 그중 잘 알려진 기술로는 LUMMUS사의 AlkyClean 공정, UOP사의 Alkylene 및 Inalk 공정, TOPSOE사의 FBA 공정 등이 있습니다. 국내의 연구 기관인 석유과학원도 알킬화 고체 산 촉매와 관련 기술을 개발했으며, 지난 2년간 상하이 가오치아오 석유화학공장과 베이징 옌산 석유화학공장에서 산업적 실증 실험을 진행했습니다. 현재 이 기술은 중국 석유화학공업의 기술 평가를 통과했습니다. 　　룸스의 AlkyClean 공정은 핀란드의 포르툼 정유공장에 시범 설비가 있습니다.2015년 2월, 룸스의 첫 번째 연간 10만 톤 생산 규모의 고체 산 알킬화 설비가 산둥성 지보의 훙펑 석화 그룹에서 건설되어 가동에 들어갔습니다. 　　고체 산 알킬화 기술은 일정한 진전을 이루었지만, 현재로서는 고체 산 알킬화 기술이 기존의 액체 산 기술을 완전히 대체하기에는 여전히 몇 가지 장애물이 존재합니다. 그중에서도 촉매의 비활성화/재생 문제가 가장 극복하기 어려운 장애물입니다.동시에 원료의 적합성, 장치 운영의 경제성, 고체 산 촉매의 높은 반응 활성 및 선택성과 같은 일련의 문제들도 해결해야 한다. 　　2) 이온액체 알킬화 기술　이온액체는 액체 산의 높은 반응성과 고밀도의 반응 부위와, 고체 산의 비휘발성이라는 특성을 동시에 가지고 있어, 최근에 많은 관심을 받고 있습니다.과거에는 선택성이 낮고 생산량이 적다는 문제로 인해, 이온 액체 촉매가 알킬화 오일 생산에 사용되는 데 제약이 있었습니다.최근에는 이온액체 알킬화 기술에 집중한 많은 연구가 이루어지고 있습니다.Chevron과 Shell, 중국석유대학 등의 기업과 기관들이 이 분야에서 많은 연구를 진행해 왔습니다. 　　이온액체 알킬화 기술에서는 이온액체가 용매 및 촉매로 사용되며, 이 기술은 황산과 수소불화산보다 더 높은 촉매 성능을 보여줍니다.최근에 개발된 복합 이온 액체 촉매는 알킬화 생산에서 엄청난 잠재력을 보여주고 있습니다. 　　중국석유는 현재 이온액체 알킬화 기술을 산업적으로 활용하는 유일한 회사입니다. 이 기술은 중국석유대학의 중질유 **중점 연구소에서 개발되었으며, 2013년 9월 29일에는 연간 12만 톤 규모의 이온액체 촉매를 이용한 탄화수소 알킬화(ILA) 설비가 산둥 더양 화공유한공사에서 가동되기 시작했습니다.이온액체 알킬화 기술의 성공적인 적용은 전통적인 진한 황산 및 수소불화산을 이용한 알킬화 공정의 여러 단점들을 극복했으며, 우리나라의 상업용 휘발유를 더욱 청정하게 만들고 그 품질을 전면적으로 향상시키는 새로운 해결책을 제공해 주었습니다. 　　7. 우리나라의 알킬화 산업의 전망
시장경제 체제 하에서는 자원이 보통 높은 수익을 가져다주는 분야로 집중됩니다.우리나라의 환경 관리 강화와 정제유 품질의 빠른 향상에 힘입어, 알킬화 가솔린은 이상적인 연료 조제 원료로서 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다.알킬화 휘발유는 높은 옥탄가, 낮은 유황 함량, 올레핀 및 방향족 화합물이 없다는 점, 높은 생산 효율, 우수한 경제적 효과 등의 장점을 가지고 있어, 고옥탄가 휘발유를 생산하는 데 있어 최적의 원료로 자리 잡았으며, 국내 정유 산업의 고부가가치 가공 시장을 빠르게 장악하고 있습니다. 　　2013년에 우리나라의 알킬화 설비들이 대거 도입되면서, 생산능력은 전년 대비 370%나 증가했습니다. 그 이후로도 고속 성장세가 계속되었습니다.현재 국내 알킬화 설비의 총 생산능력은 연간 1,400만 톤을 넘어섰습니다.올해 들어 우리나라의 알킬화 생산능력 증가율은 조용히 10% 미만으로 떨어졌습니다. 이는 과연 알킬화 설비의 급속한 확장 시대가 막을 내린 것을 의미하는 걸까요? 　　올해 알킬화 생산능력의 성장률이 둔화된 주된 원인은 다음과 같습니다. 첫째, 2014년 하반기부터 석유를 비롯한 원자재들이 전 세계 원자재 시장을 하락 국면으로 몰아넣었습니다. 원자재 가격은 점점 더 하락했으며, 2015년 12월에는 세계 주요 원자재 가격 지수가 2008년 글로벌 금융위기 당시 수준보다도 낮아졌습니다. 이는 11년 만에 최저치였습니다. 특히 석유를 비롯한 에너지 관련 제품들의 가격 하락폭이 가장 컸습니다.시장의 위험 회피 심리가 확산되면서, 알킬화유의 가격도 급락했으며, 이로 인해 공장들의 이익 마진도 줄어들었습니다.둘째, 알킬화 설비는 최근 몇 년간 짧은 기간에 집중적으로 건설되면서 수요를 따라가지 못하는 어려운 상황이 발생했습니다. 공급이 수요를 초과하면서 구매자 중심의 시장이 형성되었고, 전체 산업의 협상력은 약화되었습니다.또한, 알킬화 장치에 필요한 원료가 상당히 단순하기 때문에, 알킬화 장치는 종종 원료 부족이라는 어려움에 직면합니다. 특히 탄소 4개로 구성된 에터류 원료가 부족한 것이 국내 알킬화 장치의 생산 능력 증가를 가로막는 주요 요인입니다. 　　명확히 해두어야 할 점은, 우리나라가 환경 문제를 매우 중요하게 여기고 연료의 품질을 빠르게 향상시키려 노력함에 따라 알킬화유에 대한 수요가 크게 증가했으며, 알킬화 설비의 건설 승인도 점점 강화되고 있다는 것입니다. 하지만 현재 우리나라에 있는 알킬화 설비들은 대부분 수소플루오린산과 황산을 촉매로 사용하기 때문에 환경에 유해합니다. 또한 일부 설비들은 심각한 환경 오염 문제를 야기하고 있으며, 생산 능력이 낮거나 기술이 낙후된 설비들은 점차 폐쇄되고 있습니다.이로 인해 역설적인 상황이 발생했습니다. 알킬화 가솔린은 환경 질을 개선시켜 시장 기회를 창출해주지만, 대부분의 알킬화 설비들은 오히려 환경 오염 문제를 야기합니다. 　　현재, 알킬화 생산능력 확대는 최종 제품의 가격 수준이 낮고 원료 공급이 부족하며 기술적 혁신이 필요하다는 등의 제약에 직면해 있지만, 우리나라에서 정제유의 품질이 빠르게 향상되고 있는 추세를 고려할 때 수요 전망은 여전히 밝은 편입니다.자동차 소비의 고급화와 휘발유 등급 상승의 영향으로, 앞으로도 알킬화에 대한 수요가 증가할 것이며, 이는 전체 산업의 성장을 계속해서 견인할 것입니다. 　　기술적인 혁신과 같은 변수를 고려하지 않는다면, 2016년에 우리나라의 휘발유 수요량은 1억 2천만 톤에 달할 것으로 예상됩니다. 알킬화유의 수요량은 540만 톤에 이를 것이며, 수요와 공급의 격차는 약 20만 톤 수준으로 줄어들 것입니다. 따라서 알킬화유의 공급 과잉 상황은 완화될 것이며, 업체들이 가격 경쟁을 벌일 필요성도 줄어들 것입니다. 그 결과 알킬화산업 전체의 협상력은 강화되고, 이익도 증가할 것입니다.2017년 1월 1일부터 전국적으로 국5 휘발유 기준이 적용됩니다. 2017년에는 국내 휘발유 수요가 1억 2,900만 톤에 달할 것으로 예상되며, 알킬화유의 수요는 774만 톤에 이를 것입니다. 이로 인해 60만 톤 이상의 공급 부족이 발생할 것이며, 기업들은 생산량을 늘리면서 동시에 가격을 올리려 할 것입니다. 그 결과 알킬화유의 가격도 상승할 것입니다.국6 휘발유 기준은 2019년부터 전국적으로 시행될 예정입니다. 그때가 되면 우리나라의 휘발유 수요는 1억 4,500만 톤에 이를 것으로 보이며, 알킬화유의 수요는 1,160만 톤에서 1,450만 톤에 달할 것입니다. 이로 인해 시장의 공급 부족분은 300만 톤 이상으로 늘어날 것으로 예상됩니다.정제유의 품질이 점차 향상됨에 따라, 공급과 수요의 관계에 변화가 생길 것으로 예상됩니다. 알킬화 시장에는 엄청난 잠재력이 있으며, 생산 능력도 계속해서 증가하고 있습니다. 　　그럼에도 불구하고, 2015년과 2016년 상반기의 알킬화 설비 평균 가동률이 40%~55% 수준이었던 것을 고려할 때, 무분별한 생산능력 확대는 제조업체의 이익에 부합하지 않을 뿐만 아니라 상당한 위험도 동반합니다.현재의 알킬화 시장 메커니즘을 보면, 수요 증가는 알킬화 제품의 가격이 저점에서 반등하도록 하는 동시에, 탄소 4원료의 가격 상승을 초래할 것입니다. 알킬화 제품의 가격은 오르지만 기업들의 이익은 크게 개선되지 않는 상황에서는, 제조업체들의 생산 확대 의지도 크게 증가하지 않을 것입니다. 　　수요 측면에서 긍정적인 전망이 이어지는 가운데, 향후 알킬화 산업의 발전은 기술 혁신과 원가 절감 및 효율성 향상이라는 두 가지 측면에 초점을 맞출 것입니다.보다 환경친화적인 대체 알킬화 기술(고체 황산 알킬화 기술, 이온액체 알킬화 기술)의 확대는 우리나라 알킬화 산업이 발전의 질을 높이는 필연적인 추세가 될 것입니다.반면, 카본포어 자원을 보유한 기업들은 새로운 생산 설비를 구축하고, 알킬화 장비를 도입하여 자체 석유 가공 산업 체인을 보완하는 데 더욱 열중할 것입니다.반면, 카본포 심층가공 기업들은 기존의 구매처를 공고히 하면서 동시에 새로운 구매처를 개척하고, 기존 설비를 개조하고 업그레이드하는 데 집중할 것입니다.