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이소부틸렌
이소부틸렌(isobutylene)은 부틸렌 이성질체의 하나이다. 상온에서 무색의 기체 상태로 있으며 아이소옥테인이나 뷰틸 고무 따위의 합성 원료로 쓴다. 화학식은 C₄H₈.
성상[편집]
특이한 냄새가 나는 기체로 액체비중은 0.6738(-49℃), 융점은 -14.03℃, 비점은 -6.9℃, 증기압은 760mmHg(-6.9℃), 100mmHg(-49.3℃), 50mmHg(-60.4℃)
제법[편집]
순수한 이소부틸렌의 통상적인 제조방법은 65% 황산을 이용한 추출에 의한 방법이다. 이 방법은 원료 중에 부타디엔이 함유되어 있을 경우 중합체 형성문제가 야기된다는 결점을 지니고 있다. 예를 들어, 촉매분해 증기 회수공정에서 C4유분으로부터 출발한다면 위와 같은 결점은 그리 문제되지 않지만 올레핀 공장의 잔사로부터 이소부틸렌을 회수하고자 하는 경우에는 때로는 30%에 이르는 부타디엔의 농도로 인해 심각한 문제가 될 수 있다. Compagnie Francaise de Raffinage-Badger공정(이하 Badger공정)에서는 추출제로 50%황산을 사용함으로써 위의 문제를 극복하고 있다. 이 공정의 부수적인 장점으로는 생성물의 순도가 높고 황산의 손실과 코우크의 형성을 줄일 수 있다. 그리고 원료 중에 포함된 이소부틸렌에 대한 수율이 좋다는 점을 들 수 있다. 또한 이소부틸렌과 n-부틸렌 사이의 깨끗한 분리가 가능한데 이들 순수한 이소부틸렌 외에 중합체 등급의 1-butene을 제조하고자 할 경우 매우 유리하다. 유럽의 에틸렌 공장들은 C4원료의 공급원으로서 미국의 경우보다 더 중요하기 때문에 위의 공정은 유럽지역에서 유리하다.
첫번째 공장은 영국의 Grangemouth에 세워졌다. 위 Badger공정은 3단계 향류(Counter Current)추출시스템으로 구성된다. 최종 단계에서의 유출액은 재생기로 도입되는데 여기에서는 열로 인하여 반응이 역으로 진행되며 산과 이소부틸렌을 재생시킨다. 온도는 중합문제가 야기되는 수준이하로 유지된다. 황산은 재생기의 하부로부터 제거하여 농축시킨 다음 재순환시킨다. 이소부틸렌과 약간의 저급 고분자 및 t-부틸알코올을 함유하고 있는 재생기의 배출가스는 증류시켜 순도 99%이상의 이소부틸렌을 얻어내며 증류탑의 탑저 배출물은 다시 증류시켜 t-부틸알코올과 디이소부틸렌으로 분리한다.
(1) 추출공정 : 이 공정에 영향을 미치는 요인으로는 황산농도, 반응온도, 접촉시간, 이소부틸렌농도, 이소부틸렌 대 황산의 몰비 등이다. 반응은 2단으로 행해지는데 C4유분을 38℃ 반응시켜 황산 1몰에 대하여 1.5몰의 비율로 첨가시킨 다음 세틀러 하부에서 이소부틸 황산을 빼내어 다음의 재생 공정으로 보낸다. 이 공정에서 주의해야 할 것은 n-부틸렌의 흡수를 억제하는 것과 이소부틸렌의 다이머, 트리머, 제2, 3급 알코올 등이 생성되지 않도록 주의해 조절해야 한다.
(2) 재생공정 : 이소부틸렌과 황산의 반응첨가물은 가수분해의 조건에 따라 제3급 부틸알코올 2량체를 주 성분으로 하는 중합체를 부여한다. 그러나 황산농도를 45%로 증류하면 이소부틸렌이 재생 회수한다. 알코올과 폴리머의 재순환에 의한 이소부틸렌 수율은 95% 정도이다. 재생은 상압에서 행해져 압력이 높으면 폴리머가 생긴다. 온도 및 황산농도가 높으면 폴리머의 생성이 촉진되고 압력 및 황산농도가 낮으면 알코올의 생성이 촉진된다. 재생탑 하부로부터 스팀을 넣음으로써 황산농도를 45%로 보전하고 산을 가열해 흡열반응에 열량을 부여해 이소부틸렌을 재생한다.
(3) 정제와 액화 : 재생탑 상부에서 나오는 가스는 스팀, 이소부틸렌, 제3급 부탄올, 산의 증기 및 소량의 n-부틸렌과 제2급 알코올이다. 이들은 최초 가성소다의 열용액에서 세정되어 산의 증기를 제거한 후 냉각해서 고분자 물과 알코올을 제거한다. 이 고분자 물과 알코올의 용액은 추출공정으로 되돌린다. 콘덴서에서 나온 이소부틸렌은 적은 양의 알코올을 취하기 위해 물로 세척되고 압축 액화된다.
(4) 황산회수 : 재생탑저에서 나온 45% 황산은 다우섬 보일러에서 수분을 증발시켜 65%의 황산으로 추출공정에서 다시 사용하지만 황산 중에는 탄화수소의 분해생성물이 생기기 때문에 이것의 생성을 강력하게 억제하도록 한다.
용도[편집]
폴리이소부틸렌, 수지원료외에 이소부틸렌을 소량의 이소프렌과 공중합시킨 부틸고무는 중하중용 타이어 및 튜브용으로 아주 좋으며 점차 용도가 확대되고 있다. 이 밖에 용제의 t-부틸알코올의 원료 또는 제3부틸기를 도입하는데 사용된다. 순도 99%이상의 이소부틸렌은 부틸러버(Butyl Rubber)와 방향족 알킬화 공정 등에 이용되며 폴리부틸렌이나 t-부틸알코올의 제조 공정에도 사용된다.
부틸렌[편집]
뷰틸렌(butylene)은 탄소 원자 4개와 수소 원자 8개로 이루어진 사슬모양 불포화탄화수소이다. α-뷰틸렌·β-뷰틸렌·아이소뷰틸렌 등 세 가지 이성질체가 있다. 특이한 냄새가 나는 무색 기체로서 원유에 아주 적은 양이 들어 있다.
뷰텐이라고도 한다. 화학식 C₄H₈. 특이한 냄새가 나는 무색 기체로, 분자량은 56.11이다. 가압이나 냉각에 의하여 쉽게 액화(液化)한다. α-뷰틸렌·β-뷰틸렌·아이소뷰틸렌의 세 이성질체가 있는데, β-뷰틸렌은 다시 시스형과 트랜스형의 기하이성질체를 가지고 있다. 한편, α-뷰틸렌과 β-뷰틸렌을 노말뷰틸렌(n-뷰틸렌)이라 하며, 단지 뷰틸렌이라고 할 때는 이것을 가리키는 경우가 많다.
석유의 크래킹으로 생기는 기체에서 회수하는 C₄유분(溜分) 속에 뷰타디엔과 함께 함유되어 있어, 이것에서 뷰타디엔을 분리시킨 다음, 황산흡수법에 의하여 아이소뷰틸렌을 분리시키고, 다시 추출·증류에 의하여 α-뷰틸렌과 β-뷰틸렌을 분리시킨다. 또 노말뷰테인에서 뷰타다이엔을 제조할 때 중간생성물로서 얻을 수도 있다. 황산을 촉매로 하여 물을 첨가하면 노말뷰틸렌은 2-뷰탄올(제2뷰탄올)이 되고, 아이소뷰틸렌은 3-뷰탄올이 된다. 이 밖에 노말뷰틸렌은 메틸에틸케톤·뷰틸렌클로로하이드린·산화뷰틸렌·말레산무수물·부타다이엔 등의 원료가 된다. 또 아이소뷰틸렌은 아이소프렌·뷰틸고무·폴리아이소뷰틸렌 등의 원료로서 중요하다.
참고자료[편집]
- 〈이소부틸렌 (isobutylene)〉, 《국어사전》
- 〈Isobutylene(이소부틸렌)〉, 《씨스켐닷컴》
- 〈뷰틸렌〉, 《두산백과》
같이 보기[편집]
