KR100843606B1 - Preparation method of vinyl chloride from methane - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탄으로부터 염화비닐을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연가스의 주성분인 메탄을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션(oxychlorination) 반응 및 열분해 반응시켜 에틸렌을 포함하는 올레핀을 생성하고, 이어서 상기 올레핀으로부터 분리된 에틸렌을 옥시클로리네이션 반응 및 열분해 반응시켜 염화비닐을 생성시키는 과정으로 이루어진 염화비닐의 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a method for producing vinyl chloride from methane, and more particularly, methane, which is a main component of natural gas, is subjected to an oxychlorination reaction and pyrolysis reaction in the presence of a reaction catalyst to produce an olefin including ethylene. In addition, there is provided a method for producing vinyl chloride consisting of a process of producing vinyl chloride by oxycyclorelation and pyrolysis reaction of ethylene separated from the olefin.

본 발명에 따른 염화비닐의 제조방법에서는 상기 옥시클로리네이션 반응 및 열분해 반응의 촉매로서 활성이 더욱 개선된 촉매를 사용함으로써 전환율 및 선택도를 증가시킬 수 있으며, 메탄의 옥시클로리네이션 반응 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 동일한 촉매를 사용하여 하나의 반응기 또는 두개의 상이한 반응기를 이용하여 수행할 수 있으므로 반응을 단순화시키고 제조비용을 절감할 수 있다. In the method for producing vinyl chloride according to the present invention, the conversion and selectivity can be increased by using a catalyst whose activity is further improved as a catalyst for the oxcyclorelation reaction and pyrolysis reaction, and the oxcyclorelation reaction of methane and ethylene Can be carried out using one reactor or two different reactors using the same catalyst, thereby simplifying the reaction and reducing the production cost.

천연가스, 메탄, 염화메틸, 에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 옥시클로리네이션, 열분해 반응, 염화비닐, 유동층 반응, 고정층 반응 Natural gas, methane, methyl chloride, ethylene, 1,2-dichloroethane, oxcyclolination, pyrolysis reaction, vinyl chloride, fluidized bed reaction, fixed bed reaction

Description

메탄으로부터의 염화비닐의 제조방법{Preparation method of vinyl chloride from methane}Preparation method of vinyl chloride from methane

도 1은 본 발명에 따른 염화비닐 제조공정의 일부분인 메탄으로부터 에틸렌을 제조하는 공정을 나타내는 공정도이다. 1 is a process chart showing a process for preparing ethylene from methane which is a part of the vinyl chloride manufacturing process according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 염화비닐 제조공정의 일부분인 에틸렌으로부터 염화비닐을 제조하는 공정을 나타내는 공정도이다. Figure 2 is a process chart showing a process for producing vinyl chloride from ethylene which is part of the vinyl chloride manufacturing process according to the present invention.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 메탄의 옥시클로리네이션 반응 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응이 하나의 반응기에서 수행되고 제1 열분해 반응 및 제2 열분해 반응이 하나의 반응기에서 수행되어 염화비닐이 제조되는 공정을 나타내는 공정도이다.Figure 3 shows that the chlorocyclochlorination reaction of methane and the chlorocyclochlorination reaction of ethylene are carried out in one reactor and the first pyrolysis reaction and the second pyrolysis reaction are carried out in one reactor according to an embodiment of the present invention. It is a process chart which shows the process to be manufactured.

도 4는 본 발명의 일 예에 따른 메탄의 옥시클로리네이션 반응 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응이 두개의 상이한 반응기에서 수행되어 염화비닐이 제조되는 공정을 나타내는 공정도이다. 4 is a flowchart illustrating a process in which vinyl chloride is prepared by performing an oxcyclolination reaction of methane and an oxcyclolination reaction of ethylene according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 메탄으로부터의 염화비닐의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하 게는 천연가스의 주성분인 메탄으로부터 옥시클로리네이션 반응 및 열분해 반응을 이용하여 염화비닐을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing vinyl chloride from methane, and more particularly, to a method for preparing vinyl chloride from methane, which is a main component of natural gas, by using an oxcyclolination reaction and a pyrolysis reaction.

염화비닐은 염화비닐수지(PVC) 및 다양한 염화비닐 함유 공중합체를 제조하기 위한 단량체로서 널리 사용되고 있다. 이러한 염화비닐에 관한 제조방법은 현재 잘 알려져 있으며, 다양한 문헌에서 상기 염화비닐의 제조방법에 관하여 설명하고 있다(K. Weissermel and H, -J. Arpe, Industrial Organic Chemistry, 2nd Edition; VCH Verlagsgesellshaft mbH, Weinheim, Germany, 1993, Chapter 9, pp.213-233 등). Vinyl chloride is widely used as a monomer for producing vinyl chloride resin (PVC) and various vinyl chloride-containing copolymers. These and manufacturing method of the vinyl chloride is now well known, and is described with respect to the production method of the polyvinyl chloride in various literature (K. Weissermel and H, -J Arpe, Industrial Organic Chemistry, 2 nd Edition;. VCH mbH Verlagsgesellshaft , Weinheim, Germany, 1993, Chapter 9, pp.213-233).

또한, 현재 세계적인 유가 상승으로 인해 가격이 저렴하고 매장량이 풍부한 천연가스로부터 상기 염화비닐의 제조 방안에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있으며, 특히 천연가스의 주성분인 메탄으로부터 상기 염화비닐을 제조하는 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서 비활성 물질인 메탄을 활성화시키기 위해 염소화합물을 이용하는 방법을 사용한 것으로는 미국특허 제4,199,533호, 미국특허 제4,804,797호, 미국특허 제4,714,796호 및 미국특허 제4,983,783호 등이 있으며, 상기 특허들에서는 메탄과 염소화합물을 고온에서 열분해 시킴에 의해 메탄을 활성화하는 방법을 사용하고 있다. 또한 WO 84/03277호, 미국특허 제4,769,504호 및 미국특허 제5,087,786호 등에서는 메탄을 공기 및 염소화합물을 사용하여 옥시클로리네이션 반응시킴에 의해 메탄을 활성화하는 방법을 설명하고 있다. 특히, 상기 옥시클로리네이션 관련 특허들에서는 구리 또는 철을 기본 성분으 로 하는 담지 촉매 상에서 메탄과 공기 및 염소가스의 반응에 의한 염화메틸의 제조에 관한 내용이 보고되어 있다. 또한, J. Am. Chem. Soc., 107(1985), 7097; Appl. Catal., 46(1989), 251 및 Chem. Eng. Sci., 49(1994), 4617 등의 논문에서는 옥시클로리네이션 촉매의 안정성 향상 및 염화메틸의 선택도 향상을 위해 구리를 기본 촉매로 하고 여기에 제2금속을 첨가하는 방법 및 반응압력을 조정하는 방법에 관하여 보고하고 있다. 또한, 메탄의 활성화에 의해 생성된 염화메틸을 다시 촉매 존재하에서 축합반응시켜 에틸렌을 포함한 올레핀으로 전환할 수 있으며, 특히 미국특허 제4,795,843호, 미국특허 제6,797,845호 및 미국공개특허 제2005/0027084호 등에서는 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 계열의 촉매를 이용하여 염화메틸로부터 올레핀을 제조하는 방법과 탈염화수소 반응에 의해 염화비닐을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특허에서 사용된 방법은 옥시클로리네이션에 의하여 메탄을 활성화시킨 후에 올레핀으로 전환하는 두개의 공정으로 구성되어 있다. 이외에도 Appl. Catal., 75(1991), 133 및 Catal. Today, 101(2005) 등의 논문에서는 ZSM 구조 코드의 제올라이트계 담체촉매 상에서 염화메틸을 올레핀으로 전환시키는 방법과 관련된 촉매 제조 및 촉매 반응에 관하여 보고하고 있다. In addition, research on the production of the vinyl chloride from natural gas having a low price and abundant reserves is ongoing as a result of rising oil prices. In particular, a method for producing the vinyl chloride from methane, which is a main component of natural gas, has been studied. There is a lot of research going on. Among them, US Pat. No. 4,199,533, US Pat. No. 4,804,797, US Pat. No. 4,714,796, US Pat. No. 4,983,783, and the like are used as methods for using a chlorine compound to activate methane, which is an inactive substance. The method of activating methane by pyrolyzing methane and chlorine compounds at high temperature is used. WO 84/03277, US Pat. No. 4,769,504, US Pat. No. 5,087,786, and the like describe a method of activating methane by oxidizing methane using an air and a chlorine compound. In particular, the oxcyclorelation patents have been reported for the production of methyl chloride by the reaction of methane, air and chlorine gas on a supported catalyst based on copper or iron. In addition, J. Am. Chem. Soc., 107 (1985), 7097; Appl. Catal., 46 (1989), 251 and Chem. Eng. Sci., 49 (1994), 4617, et al., Described the method of adjusting the reaction pressure and the method of adding copper as the base catalyst to improve the stability of the oxcyclolination catalyst and the selectivity of methyl chloride. I'm reporting on how to do that. In addition, methyl chloride produced by the activation of methane can be condensed again in the presence of a catalyst to convert to olefins including ethylene, in particular US Pat. No. 4,795,843, US Pat. No. 6,797,845 and US Patent Publication No. 2005/0027084. Et al. Disclose a method for producing olefins from methyl chloride using an aluminosilicate catalyst and a method for producing vinyl chloride by dehydrochlorination. The method used in this patent consists of two processes of activating methane by oxcyclolination followed by conversion to olefins. In addition to Appl. Catal., 75 (1991), 133 and Catal. Today, 101 (2005), et al. Report on catalyst preparation and catalysis associated with the conversion of methyl chloride to olefins on a zeolite carrier catalyst of the ZSM structure code.

그러나, 메탄으로부터 염화비닐을 제조함에 있어 종래 방법들은 전환율 및 선택도가 높지 않으며 또한 그 제조공정이 지나치게 복잡하다는 문제점을 가지고 있었다.However, in the production of vinyl chloride from methane, the conventional methods have a problem that the conversion and selectivity are not high, and the manufacturing process is too complicated.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이 루고자 하는 기술적 과제는 메탄으로부터 염화비닐을 제조함에 있어 활성이 더욱 향상된 반응촉매를 이용하여 옥시클로리네이션 반응 및 열분해 반응을 수행함으로써 반응의 전환율 및 선택도를 더욱 증가시키고, 제조공정을 단순화시킬 수 있는 염화비닐의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art, the technical problem to be solved by the present invention is to produce an oxcyclorelation reaction and pyrolysis reaction using a reaction catalyst with improved activity in the production of vinyl chloride from methane. It is to provide a method for producing vinyl chloride that can further increase the conversion and selectivity of the reaction, and simplify the manufacturing process.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의해 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은The present invention to achieve the above technical problem

(a) 메탄, 공기 및 염소 화합물을 포함하는 제1반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 염화메틸을 포함하는 제1반응생성물을 생성하는 단계;(a) oxidizing the first reactant comprising methane, air and chlorine compounds in the presence of a reaction catalyst to produce a first reaction product comprising methyl chloride;

(b) 상기 제1반응생성물을 반응촉매의 존재하에 열분해 반응시켜 에틸렌을 포함하는 제2반응생성물을 생성하는 단계;(b) pyrolysing the first reaction product in the presence of a reaction catalyst to produce a second reaction product comprising ethylene;

(c) 상기 제2반응생성물로부터 에틸렌을 분리한 후, 상기 에틸렌을 공기 및 염소화합물과 혼합한 제2반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 생성하는 단계;(c) separating the ethylene from the second reaction product, and then reacting the second reaction product in which the ethylene is mixed with air and a chlorine compound in the presence of a reaction catalyst to oxcyclorelation to include 1,2-dichloroethane. Generating a reaction product;

(d) 상기 제3반응생성물을 반응촉매의 존재하에 열분해 반응시켜 염화비닐을 포함하는 제4반응생성물을 생성하는 단계; 및(d) pyrolysing the third reaction product in the presence of a reaction catalyst to produce a fourth reaction product comprising vinyl chloride; And

(e) 상기 제4반응생성물로부터 염화비닐을 분리하는 단계를 포함하는 염화비닐의 제조방법을 제공한다. (e) providing a method for producing vinyl chloride comprising separating vinyl chloride from the fourth reaction product.

본 발명에 따라 옥시클로리네이션 반응에 활성이 더욱 향상된 촉매를 사용하고 또한 열분해 반응에 있어서도 활성이 더욱 향상된 촉매를 사용함으로써 반응의 전환율 및 선택도를 증가시켜 최종 생성물인 염화비닐을 제조함에 있어 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 메탄의 옥시클로리네이션 반응 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 하나의 반응기에서 동시에 진행시키거나 또는 두개의 상이한 반응기에서 분리하여 진행함에 따라 하나의 공정에 의하여 수행할 수 있으므로 공정을 단순화시켜 제조 비용을 절감할 수 있다. In accordance with the present invention, the use of a catalyst having further enhanced activity in the oxcyclorelation reaction and a catalyst having higher activity in the pyrolysis reaction increase the conversion and selectivity of the reaction, thereby making it possible to produce vinyl chloride as a final product. May be increased by one process as the oxcyclorelation reaction of methane and oxcyclorelation reaction of ethylene may be carried out simultaneously in one reactor or separately in two different reactors. This simplifies the process and reduces manufacturing costs.

이하, 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 메탄으로부터의 염화비닐의 제조방법은 하기의 과정으로 이루어진다. 즉,The method for producing vinyl chloride from methane according to the present invention consists of the following procedure. In other words,

(a) 메탄, 공기 및 염소화합물을 포함하는 제1반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 염화메틸을 포함하는 제1반응생성물을 생성하는 단계(제1 옥시클로리네이션 반응 단계); (A) the first reactant containing methane, air and chlorine compounds in the presence of the reaction catalyst to the oxcyclorelation reaction to produce a first reaction product containing methyl chloride (first oxcyclorelation reaction step) ;

(b) 상기 제1반응생성물을 반응촉매의 존재하에 열분해 반응시켜 에틸렌을 포함하는 제2반응생성물을 생성하는 단계(제1 열분해 반응 단계);(b) pyrolysing the first reaction product in the presence of a reaction catalyst to produce a second reaction product comprising ethylene (first pyrolysis reaction step);

(c) 상기 제2반응생성물로부터 에틸렌을 분리한 후, 상기 에틸렌을 공기 및 염소화합물과 혼합한 제2반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 생성하는 단계(제2 옥시클로리네이션 반응 단계);(c) separating the ethylene from the second reaction product, and then reacting the second reaction product in which the ethylene is mixed with air and a chlorine compound in the presence of a reaction catalyst to oxcyclorelation to include 1,2-dichloroethane. Generating a reaction product (second octacyclolation reaction step);

(d) 상기 제3반응생성물을 반응촉매의 존재하에 열분해 반응시켜 염화비닐을 포함하는 제4반응생성물을 생성하는 단계(제2 열분해 반응 단계); 및 (d) pyrolysing the third reaction product in the presence of a reaction catalyst to produce a fourth reaction product including vinyl chloride (second pyrolysis reaction step); And

(e) 상기 제4반응생성물로부터 염화비닐을 분리하는 단계(염화비닐 분리 단계)로 이루어진다.(e) separating the vinyl chloride from the fourth reaction product (vinyl chloride separation step).

이하, 본 발명에 따른 메탄으로부터의 염화비닐의 제조방법을 상기 각 단계별로 나누어 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the production method of vinyl chloride from methane according to the present invention will be described in more detail by dividing each step.

(a) 제1 (a) first 옥시클로리네이션Oxcyclolination 반응 단계 Reaction step

본 단계는 메탄, 공기 및 염소화합물을 포함하는 제1반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 염화메틸을 포함하는 제1반응생성물을 제조하는 단계이다.This step is to prepare a first reaction product containing methyl chloride by oxidizing the first reactant containing methane, air and chlorine compounds in the presence of a reaction catalyst.

본 단계에서 상기 염소화합물은 염소가스 또는 염화수소를 포함한다.In this step, the chlorine compound includes chlorine gas or hydrogen chloride.

본 단계에서 반응물인 상기 메탄에 대한 상기 염소화합물의 함량은 0.1 내지 5 몰비로 사용되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 몰비이다. 상기 메탄에 대한 염소화합물의 함량이 0.1 몰비 미만이거나 5 몰비를 초과하면 반응 효율이 떨어지고 미반응물로 인한 분리공정의 비용이 지나치게 증가할 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한 본 단계에서 공기는 폭발 범위를 벗어나지 않는 범위에서 상기 메탄 및 염소 화합물의 당량비로 주입될 수 있다. The content of the chlorine compound to the methane which is a reactant in this step is preferably used in 0.1 to 5 molar ratio, more preferably 1 to 3 molar ratio. If the content of the chlorine compound to methane is less than 0.1 molar ratio or more than 5 molar ratio, the reaction efficiency is lowered and the cost of the separation process due to unreacted material may be excessively increased. In addition, in this step, the air may be injected at an equivalence ratio of the methane and chlorine compounds within a range not exceeding the explosion range.

본 단계에서 상기 반응촉매는 구리를 제1성분으로 하고, 여기에 제2성분으로서 Zn 또는 주기율표상의 란탄계 금속이 포함된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 단계에서 상기 반응촉매는 상기 제1성분 및 제2성분 외에 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염을 제3성분으로 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 반응촉매의 각 성 분들의 함량은 특별히 한정하지 않으나, 상기 제1성분인 구리가 5 내지 20 중량부이고 상기 제2성분이 0.1 내지 10 중량부이거나; 제1성분인 구리가 5 내지 20 중량부이고 상기 제2성분이 0.1 내지 10 중량부이며 상기 제3성분이 0.1 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 상기 조성을 갖는 촉매를 사용하는 경우에는 활성 성분의 분산도가 증가하거나 활성 성분의 산화 및 환원반응이 용이하게 진행될 수 있으므로 메탄의 전환율 및 염화메틸의 선택도를 증가시킬 수 있다.In the present step, the reaction catalyst is characterized in that copper is a first component, and the second component includes Zn or a lanthanide metal on the periodic table. In addition, in this step, the reaction catalyst may further include a Group 2A metal or metal salt on the periodic table as a third component in addition to the first component and the second component. In the present invention, the content of each member of the reaction catalyst is not particularly limited, but 5 to 20 parts by weight of the first component copper and 0.1 to 10 parts by weight of the second component; It is preferable that 5-20 weight part of copper which is a 1st component, 0.1-10 weight part of said 2nd components, and 0.1-10 weight part of said 3rd components . In the case of using the catalyst having the composition, since the dispersion of the active ingredient may be increased or the oxidation and reduction reactions of the active ingredient may be easily performed, the conversion of methane and the selectivity of methyl chloride may be increased.

본 단계에서 상기 촉매들은 활성점을 효과적으로 증가시키기 위하여 각 성분을 제올라이트, 알루미나, 타이타니아 및 실리카로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 담체에 담지시켜 소성한 담체촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 촉매의 각 성분들은 상기 담체에 동시에 또는 순차적으로 담지시킬 수 있다. 상기 소성 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 임의의 방법을 사용하여 소성할 수 있으며, 상기 방법이 본 발명을 한정하지는 않는다. In this step, in order to effectively increase the active site, the catalysts preferably use a carrier catalyst calcined by supporting each component on at least one carrier selected from the group consisting of zeolite, alumina, titania and silica. In the present invention, each component of the catalyst may be simultaneously or sequentially supported on the carrier. The firing method may be fired using any method known in the art to which the present invention pertains, and the method does not limit the present invention.

본 단계에서 상기 메탄의 옥시클로리네이션 반응은 고정층 반응기 또는 유동층 반응기를 이용하여 수행될 수 있다. In this step, the octacyclolation reaction of the methane may be performed using a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor.

상기 고정층 반응기를 이용하는 방법은 상기 촉매를 담지하고 있는 담체를 반응기에 충진시킨 후 반응물을 적당한 반응 조건에서 상기 담체 촉매를 통과시키면서 반응시키는 방법을 말한다. 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제1 옥시클로리네이션 반응은 반응온도 100 내지 600 ℃, 더욱 바람직하게는 200 내지 500 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응온도가 100 ℃ 미만이면 메탄의 전환율이 미미하여 생성물을 분리하는 비용이 증가하는 문제가 있고 600 ℃를 초과하면 반응의 진행에 따른 활성 성분의 승화에 의한 촉매 비활성화 문제가 발생하므로 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제1 옥시클로리네이션 반응은 반응압력 1 내지 20 기압, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 기압에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응압력이 1 기압 미만이면 반응기의 부피가 증가하여 투자비가 증가할 뿐만 아니라 분리공정의 비용이 지나치게 증가하는 문제가 있고, 20 기압을 초과하면 선택도의 감소에 의한 반응물의 손실이 많아지는 문제가 있어 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제1 옥시클로리네이션 반응은 반응물의 공간통과속도(weight hourly space velocity:WHSP)가 200 내지 10,000 L/kgcat/hr인 조건에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 5,000 L/kgcat/hr이다. 상기 반응물의 공간통과속도가 200 L/kgcat/hr 미만이면 반응기의 처리량과 비교하여 반응기의 크기가 지나치게 커서 효율이 떨어지는 문제가 있고, 10,000 L/kgcat/hr을 초과하면 촉매의 비활성화가 급격하게 증가하는 문제가 있어 바람직하지 않다. The method using the fixed bed reactor refers to a method in which a carrier carrying the catalyst is charged in the reactor and the reactants are reacted while passing the carrier catalyst under suitable reaction conditions. In the present invention, the first oxcyclorelation reaction by the fixed bed reaction is preferably carried out at a reaction temperature of 100 to 600 ℃, more preferably 200 to 500 ℃. If the reaction temperature is less than 100 ℃ is a problem that the conversion rate of the methane is insignificant to increase the cost of separating the product and if it exceeds 600 ℃ it is not preferable because the problem of catalyst deactivation by the sublimation of the active ingredient according to the progress of the reaction. Further, in the present invention, the first oxcyclorelation reaction by the fixed bed reaction is preferably carried out at a reaction pressure of 1 to 20 atm, more preferably 1 to 10 atm. If the reaction pressure is less than 1 atm, the volume of the reactor is increased, not only the investment cost is increased, but also the cost of the separation process is excessively increased, and if it exceeds 20 atm, the loss of reactants due to the decrease in selectivity is increased. It is not desirable to have. In addition, in the present invention, the first oxcyclolation reaction by the fixed bed reaction is preferably carried out under the condition that the weight hourly space velocity (WHSP) of the reactants is 200 to 10,000 L / kgcat / hr, and more. Preferably it is 1,000-5,000 L / kgcat / hr. When the space passing rate of the reactants is less than 200 L / kgcat / hr, the size of the reactor is too large compared to the throughput of the reactor, which causes a problem of lowering efficiency. When it exceeds 10,000 L / kgcat / hr, the deactivation of the catalyst rapidly increases. It is not preferable because there is a problem.

또한, 상기 유동층 반응기를 이용하는 방법은 반응물 및 촉매를 고온의 가스에 의해 부유시킨 상태에서 반응을 수행하는 것으로서, 핫스팟 생성에 따른 촉매 비활성화를 방지하기 위한 방법으로 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 유동층 반응기를 이용한 방법은 특별히 제한하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다. In addition, the method using the fluidized bed reactor may be used as a method for preventing catalyst deactivation due to hot spot generation, as the reaction is performed while the reactants and the catalyst are suspended by the hot gas. The method using the fluidized bed reactor in the present invention is not particularly limited, and any method known in the art to which the present invention pertains may be used.

본 단계에서 상기 제1 옥시클로리네이션 반응에 의해 생성되는 제1반응생성물은 염화메틸을 비롯하여 염화수소, 염화메틸렌, 미반응 메탄, 고비점 염소화합물 및 부산물인 물 등을 포함할 수 있다. In this step, the first reaction product generated by the first oxcyclorelation reaction may include methyl chloride, hydrogen chloride, methylene chloride, unreacted methane, high boiling chlorine compounds and water as a byproduct.

본 단계에서 제조된 상기 제1반응생성물은 부산물인 물 및 미반응물인 염화수소가 제거된 후 제1 열분해 반응 단계로 이송된다. The first reaction product prepared in this step is transferred to the first pyrolysis reaction step after the by-product water and unreacted hydrogen chloride are removed.

(b) 제1 열분해 반응 단계(b) first pyrolysis reaction step

본 단계는 상기 제1반응생성물을 반응촉매를 이용하여 열분해 반응시킴으로써 에틸렌을 포함하는 제2반응생성물을 생성하는 단계이다. In this step, the first reaction product is pyrolyzed by using a reaction catalyst to generate a second reaction product including ethylene.

본 단계에서 상기 반응촉매는 ZSM, X, Y, SAPO 또는 β-제올라이트를 포함하는 제올라이트계 담체인 것이 바람직하다. 또한, 본 단계에서 상기 촉매는 상기 제올라이트계 담체(제1성분)에 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염(제2성분)이 담지되거나 이온교환되거나 상기 제올라이트 골격에 치환결합된 구조를 한 촉매인 것이 바람직하다. 상기 조성을 갖는 촉매는 형상 선택성을 가지므로 적절한 기공 크기를 갖는 제1반응생성물만 올레핀으로의 선택도가 향상되며 너무 큰 기공에서는 탄소수 4이상의 고비점 화합물이 생성되는 특징이 있다. 본 발명에서 상기 주기율표상의 2A족 금속(제2성분); 포스핀 계열의 화합물 또는 전이금속(제3성분)의 상기 제올라이트계 담체(제1성분)에의 담지방법, 이온교환방법 및 치환결합 방법은 특별히 한정하지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 ZSM, X, Y, SAPO 및 β-제올라이트는 제올라이트 구조를 갖는 담체를 의미하며, 상기 제올라이트 구조를 갖는 담체란 규소 및 알루미늄 금속으로 이루어진 촉매를 의미한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 상기 제올라이트계 담체의 구체적인 예로는 ZSM5 또는 SAPO34 등을 들 수 있다. 상기 ZSM5의 경우에는 Si/Al의 몰비가 10 내지 1,000인 것이 바람직하며, 특히 Si/Al의 몰비가 20 내지 500의 범위인 ZSM5 담체촉매의 경우가 더욱 바람직하다. 또한, 상기 SAPO34의 경우에는 Si/Al의 몰비가 0.01 내지 2인 것이 바람직하며, 특히 Si/Al의 몰비가 0.1 내지 1인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에서 상기 촉매에 포함된 상기 전이금속은 Ni, Co, Cr, Mn, Ti 또는 Mo인 것이 바람직하다.In this step, the reaction catalyst is preferably a zeolite-based carrier including ZSM, X, Y, SAPO or β-zeolite. In this step, the catalyst is preferably a catalyst having a structure in which the Group 2A metal or metal salt (second component) on the periodic table is supported, ion exchanged, or substituted on the zeolite skeleton in the zeolite carrier (first component). Do. Since the catalyst having the composition has a shape selectivity, only the first reaction product having an appropriate pore size improves the selectivity to olefins, and in the case of too large pores, a high boiling point compound having 4 or more carbon atoms is produced. Group 2A metal (second component) on the periodic table in the present invention; The supporting method, ion exchange method, and substitution bonding method of the phosphine-based compound or transition metal (third component) on the zeolite-based carrier (first component) are not particularly limited and any known in the art to which the present invention pertains. Method can be used. In the present invention, the ZSM, X, Y, SAPO and β-zeolite means a carrier having a zeolite structure, the carrier having a zeolite structure means a catalyst consisting of silicon and aluminum metal. Specific examples of the zeolitic carrier that can be used in the present invention include ZSM5 or SAPO34. In the case of the ZSM5, the molar ratio of Si / Al is preferably 10 to 1,000, and more particularly, the ZSM5 carrier catalyst having a molar ratio of Si / Al is in the range of 20 to 500. In addition, in the case of SAPO34, the molar ratio of Si / Al is preferably 0.01 to 2, and more preferably, the molar ratio of Si / Al is 0.1 to 1. In the present invention, the transition metal included in the catalyst is preferably Ni, Co, Cr, Mn, Ti or Mo.

본 단계에 따른 상기 제1 열분해 반응은 고정층 반응기 또는 유동층 반응기를 이용하여 수행될 수 있다. 고정층 반응기를 이용한 방법은 상기 담체 촉매를 반응기에 충진시킨 후 반응물인 상기 제1반응생성물을 적당한 반응 조건에서 상기 담체 촉매를 통과시키면서 반응시키는 것을 말한다. 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 염화메틸의 열분해 반응은 반응온도 200 내지 700 ℃, 더욱 바람직하게는 300 내지 600 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응온도가 200 ℃ 미만이면 전환율이 낮아서 미반응물의 분리비용이 지나치게 증가하는 문제가 있고, 700 ℃를 초과하면 반응물이 코크로 전환되는 양이 증가하여 수율이 감소하는 문제가 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 염화메틸의 열분해 반응은 반응압력 1 내지 20 기압, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 기압에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응압력이 1 기압 미만이면 반응기의 부피가 증가하여 투자비가 증가할 뿐만 아니라 분리 비용이 지나치게 증가하는 문제가 있고, 20 기압을 초과하면 코크의 생성량이 지나치게 증가하는 문제가 있어 바람직하지 않다. 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 염화메틸의 열분해 반응은 반응물의 공간통과속도 (WHSP) 200 내지 10,000 L/kgcat/hr, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 5,000 L/kgcat/hr의 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응물의 공간통과속도가 200 L/kgcat/hr 미만이면 반응물의 처리량에 비하여 반응기의 크기가 지나치게 증가하는 문제가 있고, 10,000 L/kgcat/hr을 초과하면 촉매의 비활성화가 급격하게 진행되는 문제가 있어 바람직하지 않다.The first pyrolysis reaction according to this step may be performed using a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor. The method using a fixed bed reactor refers to charging the carrier catalyst in the reactor and then reacting the first reaction product as a reactant while passing the carrier catalyst under suitable reaction conditions. In the present invention, the pyrolysis reaction of methyl chloride by the fixed bed reaction is preferably performed at a reaction temperature of 200 to 700 ° C, more preferably 300 to 600 ° C. If the reaction temperature is less than 200 ℃, the conversion rate is low, there is a problem that the separation cost of the unreacted material is excessively increased, and if it exceeds 700 ℃, the amount of conversion of the reactant to coke is increased is not preferred to reduce the yield. In the present invention, the pyrolysis reaction of methyl chloride by the fixed bed reaction is a reaction pressure of 1 It is preferably carried out at from 20 atmospheres, more preferably from 1 to 10 atmospheres. If the reaction pressure is less than 1 atm, the volume of the reactor is increased, not only the investment cost is increased, but also the separation cost is excessively increased, and if it exceeds 20 atm, there is a problem that the amount of coke is excessively increased, which is not preferable. In the present invention, the pyrolysis reaction of methyl chloride by the fixed bed reaction is preferably carried out under the conditions of the space passing rate (WHSP) of the reaction 200 to 10,000 L / kgcat / hr, more preferably 1,000 to 5,000 L / kgcat / hr Do. When the space passing rate of the reactants is less than 200 L / kgcat / hr, there is a problem that the size of the reactor is excessively increased compared to the throughput of the reactants, and when the amount exceeds 10,000 L / kgcat / hr, the deactivation of the catalyst is rapidly progressed. It is not desirable.

본 발명에서 상기 제1 열분해 반응은 부산물로서 생성되는 코크(coke)를 용이하게 제거하기 위하여 유동층 반응기를 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 유동층 반응기를 사용한 염화메틸의 열분해 반응의 반응 조건은 특별히 한정하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다. In the present invention, the first pyrolysis reaction may use a fluidized bed reactor to easily remove coke generated as a by-product. In the present invention, the reaction conditions of the pyrolysis reaction of methyl chloride using the fluidized bed reactor are not particularly limited, and any method known in the art to which the present invention pertains may be used.

본 단계에서 상기 제1 열분해 반응에 의해 생성되는 반응생성물(제2반응생성물)은 에틸렌을 비롯하여 염화수소, 염화메틸렌, 미반응 메탄을 포함한 미반응물, BTX 및 고비점 염소화합물 등을 포함한다. In this step, the reaction product (second reaction product) produced by the first pyrolysis reaction includes ethylene, hydrogen chloride, methylene chloride, unreacted products including unreacted methane, BTX, and high boiling point chlorine compounds.

본 단계에서 제조된 상기 제2반응생성물은 이후 염화수소 등이 제거된 후 분리반응기로 연속적으로 이송된다. The second reaction product prepared in this step is then continuously transferred to a separation reactor after the removal of hydrogen chloride and the like.

본 발명에 따른 상기 (a)단계의 제1 옥시클로리네이션 및 상기 (b)단계의 제1 열분해 반응 단계의 과정은 도 1에 잘 나타나 있다. 도 1은 본 발명에 따른 염화비닐 제조공정의 일부분인 메탄으로부터 에틸렌을 제조하는 공정을 나타내는 공정도이다.The process of the first oxcyclorelation of step (a) and the first pyrolysis reaction step of step (b) according to the present invention is well illustrated in FIG. 1. 1 is a process chart showing a process for preparing ethylene from methane which is a part of the vinyl chloride manufacturing process according to the present invention.

도 1을 참조하면, 메탄(101), 공기(102) 및 염소화합물(123)은 옥시클로리네이션 반응기에서 반응 촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응하여 염화메틸을 포 함하는 제1반응생성물을 생성한다. 상기 제1반응생성물은 이후 응축기(1)로 이송된 후 부산물인 물(105)이 제거된다. 이어서 상기 제1반응생성물(104)은 분리반응기(A)로 이송된 후 비점 차이를 이용하여 염화수소 및 고비점 염소화합물(107)가 분리되어 나온다. 상기 고비점 염소화합물은 이후 염화수소 재생반응기에서 탄소산화물(COx)이 연소가스(121)로서 분리되어 제거된 후, 탄소산화물이 없는 염화수소(122a)로서 염화수소 스트리퍼(stripper)로 도입된다. 상기 염화수소 스트리퍼에 도입된 염화수소(122)는 무수 염화수소(123a)로서 분리되어 추가되는 염소화합물(123b)와 혼합되어 상기 (a)단계의 메탄의 옥시클로리네이션 반응으로 재순환되어 공급된다. 한편, 상기 메탄의 옥시클로리네이션 반응의 주생성물인 염화메틸 및 부산물인 염화메틸렌 및 미반응 메탄 등을 포함하는 제1반응생성물은 열분해 반응기로 연속적으로 이송된다.Referring to FIG. 1, methane (101), air (102), and chlorine compound (123) are reacted with oxcycloreaction in the presence of a reaction catalyst in an oxcyclorelation reactor to form a first reaction product containing methyl chloride. Create The first reaction product is then transferred to the condenser 1 and the by-product water 105 is removed. Subsequently, after the first reaction product 104 is transferred to the separation reactor A, the hydrogen chloride and the high boiling point chlorine compound 107 are separated using the boiling point difference. The high boiling point chlorine compound is then removed from the hydrogen chloride regeneration reactor as carbon oxide (COx) is separated and removed as the combustion gas 121, and then introduced into the hydrogen chloride stripper as hydrogen chloride 122a without carbon oxides. The hydrogen chloride 122 introduced into the hydrogen chloride stripper is mixed with the chlorine compound 123b which is separated and added as anhydrous hydrogen chloride 123a, and is recycled and supplied to the oxcyclorelation reaction of methane in step (a). On the other hand, the first reaction product containing the methyl chloride and the by-products methylene chloride, unreacted methane and the like as the main product of the octacyclolation reaction of the methane is continuously transferred to the pyrolysis reactor.

상기 열분해 반응기로 이송된 제1반응생성물(111)은 반응촉매의 존재하에 상기 열분해 반응기에서 열분해 되어 제2반응생성믈(112)이 생성된다. 상기 제2반응생성물은 에틸렌을 비롯하여 프로필렌, 부텐 등의 올레핀, 염화수소, 염화메틸렌, 미반응 메탄 및 염화메틸을 포함한 미반응물, BTX 및 부산물인 물을 포함한다. The first reaction product 111 transferred to the pyrolysis reactor is pyrolyzed in the pyrolysis reactor in the presence of a reaction catalyst to produce a second reaction product 112. The second reaction product includes ethylene and olefins such as propylene and butene, hydrogen chloride, methylene chloride, unreacted methane and unreacted methane and methyl chloride, BTX and by-product water.

상기 생성된 제2반응생성물(112)은 응축기(2)를 거쳐 반응 부산물인 물이 제거되고 스크러버(scrubber)를 통하여 염화수소 및 염소화합물(113, 114)이 분리된다. 상기 염화수소(113)는 직접 염화수소 스트리퍼로 이송되거나, 염화수소 재생반응기를 통해 탄소산화물(121)이 제거된 염화수소(122a)로서 염화수소 스트리퍼로 이송된다. 상기 염화수소 스트리퍼에 도입된 염화수소(122)는 무수 염소가스(123a) 로서 분리되어 추가로 첨가되는 염소화합물(123b)과 혼합되어 상기 (a)단계의 제1 옥시클로리네이션 반응으로 재순환되어 공급된다. The generated second reaction product 112 is a condenser (2) to remove the reaction by-product water and the hydrogen chloride and chlorine compounds (113, 114) are separated through a scrubber (scrubber). The hydrogen chloride 113 is directly transferred to the hydrogen chloride stripper, or is transferred to the hydrogen chloride stripper as hydrogen chloride 122a from which the carbon oxide 121 is removed through the hydrogen chloride regeneration reactor. The hydrogen chloride 122 introduced into the hydrogen chloride stripper is mixed with the chlorine compound 123b which is separated as anhydrous chlorine gas 123a and additionally added, and is recycled and supplied to the first oxcyclorelation reaction of step (a). .

한편, 염화수소가 분리된 제2반응생성물(115)은 분리반응기(B)로 이송된 후 비점 차이를 이용하여 에틸렌을 포함하는 올레핀(118), BTX(119) 및 미반응 메탄(117), 미반응 염화메틸(116) 등으로 분리되며, 미반응 메탄(117)은 상기 (a)단계의 제1 옥시클로리네이션 반응 단계로 재순환되어 공급되고, 미반응 염화메틸(116)은 상기 (b)단계의 제1 열분해 반응 단계로 재순환되어 공급된다. 올레핀(118) 중에서 에틸렌은 하기 설명되는 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응 단계로 공급되어 1,2-디클로로에탄의 합성반응에 이용되거나, 추가되는 올레핀 분리 공정을 거쳐서 에틸렌, 프로필렌 및 부텐 등으로 분리된 후에 후속 다운스트림(downstream) 공정으로 이송되어 이용될 수 있다. On the other hand, the second reaction product 115 from which the hydrogen chloride is separated is transferred to the separation reactor (B) and then olefins containing ethylene (118), BTX (119), and unreacted methane (117), using the boiling point difference. Reaction methyl chloride (116) or the like, the unreacted methane (117) is recycled to the first oxcyclorelation reaction step of step (a) and supplied, and the unreacted methyl chloride (116) (b) It is recycled and fed to the first pyrolysis reaction stage of the stage. Of the olefins 118, ethylene is fed to the second oxcyclolination reaction step of step (c) described below to be used for the synthesis of 1,2-dichloroethane or through an additional olefin separation process, followed by ethylene, propylene and After separation into butenes and the like, it can be transferred to a subsequent downstream process for use.

(c) 제2 (c) the second 옥시클로리네이션Oxcyclolination 반응 단계 Reaction step

본 단계는 에틸렌, 공기 및 염소화합물을 포함하는 제2반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 제조하는 단계이다. 본 단계에서는 기존에 공지되어 있는 구리를 기본으로 하는 촉매를 이용하여 에틸렌 한 성분만을 옥시클로리네이션하여 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 제조하거나, 하기에 설명되는 반응촉매를 이용하여 메탄 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 수행하여 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 제조할 수 있다.This step is to prepare a third reaction product containing 1,2-dichloroethane by oxcyclorelation reaction of the second reactant including ethylene, air and chlorine compounds in the presence of the reaction catalyst. In this step, a third reaction product including 1,2-dichloroethane is prepared by oxcycloling only one component of ethylene using a copper-based catalyst known in the art, or a reaction catalyst described below. The third reaction product containing 1,2-dichloroethane may be prepared by performing an oxcyclolination reaction of methane and ethylene.

본 단계에서 상기 염소화합물은 염소가스 또는 염화수소를 포함한다. In this step, the chlorine compound includes chlorine gas or hydrogen chloride.

본 단계에서 반응물인 에틸렌에 대한 염소화합물의 함량은 0.1 내지 5 몰비로 사용되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 몰비이다. 상기 에틸렌에 대한 염소화합물의 함량이 0.1 몰비 미만이거나 5 몰비를 초과하면 반응 효율이 떨어지고 미반응물로 인한 분리공정의 비용이 지나치게 증가할 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한 본 단계에서 공기는 폭발 범위를 벗어나지 않는 범위에서 상기 에틸렌 및 염소화합물의 당량비로 주입될 수 있다. In this step, the content of the chlorine compound to the reactant ethylene is preferably used in 0.1 to 5 molar ratio, more preferably 1 to 3 molar ratio. If the content of the chlorine compound to the ethylene is less than 0.1 molar ratio or more than 5 molar ratio, the reaction efficiency is lowered and the cost of the separation process due to unreacted material may be excessively increased. In addition, in this step, the air may be injected at an equivalence ratio of the ethylene and the chlorine compound within a range that does not depart from the explosion range.

본 단계에서 상기 촉매는 구리를 제1성분으로 하고, 여기에 제2성분으로서 Zn 또는 주기율표상의 란탄계 금속이 포함된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 단계에서 상기 촉매는 상기 제1성분 및 제2성분 외에 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염을 제3성분으로 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 촉매의 각 성분들의 함량은 특별히 한정하지 않으나, 상기 제1성분인 구리가 5 내지 20 중량부이고 상기 제2성분이 0.1 내지 10 중량부이거나; 제1성분인 구리가 5 내지 20 중량부이고 상기 제2성분이 0.1 내지 10 중량부이며 상기 제3성분이 0.1 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. In this step, the catalyst is a copper as a first component, it is characterized in that it contains Zn or a lanthanum metal of the periodic table as a second component. In addition, in the present step, the catalyst may further include a Group 2A metal or metal salt on the periodic table as a third component in addition to the first component and the second component. In the present invention, the content of each component of the catalyst is not particularly limited, but 5 to 20 parts by weight of the first component copper and 0.1 to 10 parts by weight of the second component; It is preferable that 5-20 weight part of copper which is a 1st component is 0.1-10 weight part of said 2nd components, and 0.1-10 weight part of said 3rd components.

본 단계에서 상기 촉매들은 활성점을 효과적으로 증가시키기 위하여 각 성분을 제올라이트, 알루미나, 타이타니아 및 실리카로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 담체에 담지시켜 소성한 담체촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 촉매의 각 성분들은 상기 담체에 동시에 또는 순차적으로 담지시킬 수 있다. 상기 소성 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 임의의 방법을 사용하여 소성할 수 있으며, 이것이 본 발명을 한정하지는 않는다. In this step, in order to effectively increase the active site, the catalysts preferably use a carrier catalyst calcined by supporting each component on at least one carrier selected from the group consisting of zeolite, alumina, titania and silica. In the present invention, each component of the catalyst may be simultaneously or sequentially supported on the carrier. The firing method may be fired using any method known in the art to which the present invention pertains, which does not limit the present invention.

본 단계에서 상기 제2 옥시클로리네이션 반응은 고정층 반응기 또는 유동층 반응기를 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제2 옥시클로리네이션 반응은 반응온도 100 내지 600 ℃, 더욱 바람직하게는 200 내지 500 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응온도가 100 ℃ 미만이면 전환율이 미미하여 분리비용이 지나치게 증가하는 문제가 있고 600 ℃를 초과하면 반응의 진행에 따른 활성성분의 승화에 의한 촉매 비활성화의 문제가 발생하므로 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제2 옥시클로리네이션 반응은 반응압력 1 내지 20 기압, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 기압에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응압력이 1 기압 미만이면 반응기 부피가 큰 것이 필요하여 효율이 떨어지고 또한 분리공정이 복잡한 문제가 있고, 20 기압을 초과하면 선택도의 감소에 의한 반응물의 손실이 많아지는 문제가 있어 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제2 옥시클로리네이션 반응은 반응물의 공간통과속도(weight hourly space velocity:WHSP)가 200 내지 10,000 L/kgcat/hr인 조건에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 5,000 L/kgcat/hr이다. 상기 반응물의 공간통과속도가 200 L/kgcat/hr 미만이면 반응물의 처리량에 비하여 반응기의 크기가 지나치게 증가하는 문제가 있고, 10,000 L/kgcat/hr을 초과하면 촉매의 비활성화가 급격하게 진행되는 문제가 있어 바람직하지 않다. In this step, the second oxcyclolination reaction may be performed using a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor. In the present invention, the second oxcyclorelation reaction by the fixed bed reaction is preferably carried out at a reaction temperature of 100 to 600 ℃, more preferably 200 to 500 ℃. If the reaction temperature is less than 100 ℃ is not preferable because the conversion rate is insignificant to increase the separation cost excessively exceeds 600 ℃ because of the problem of catalyst deactivation by the sublimation of the active ingredient according to the progress of the reaction. Further, in the present invention, the second oxcyclolation reaction by the fixed bed reaction is preferably performed at a reaction pressure of 1 to 20 atm, more preferably 1 to 10 atm. If the reaction pressure is less than 1 atm, the reactor volume is required to be large, the efficiency is lowered, and the separation process is complicated, and if it exceeds 20 atm, there is a problem that the loss of reactants due to the decrease in selectivity increases. . Further, in the present invention, the second oxcyclolation reaction by the fixed bed reaction is preferably performed under the condition that the weight hourly space velocity (WHSP) of the reactants is 200 to 10,000 L / kgcat / hr, and more. Preferably it is 1,000-5,000 L / kgcat / hr. When the space passing rate of the reactants is less than 200 L / kgcat / hr, there is a problem that the size of the reactor is excessively increased compared to the throughput of the reactants, and when the amount exceeds 10,000 L / kgcat / hr, the deactivation of the catalyst is rapidly progressed. It is not desirable.

본 단계에서 상기 제2 옥시클로리네이션 반응에 의해 생성되는 제3반응생성물은 1,2-디클로로에탄을 비롯하여 염화수소, 클로로에탄 및 미반응 에틸렌 등을 포함할 수 있다. In this step, the third reaction product produced by the second oxcyclolination reaction may include 1,2-dichloroethane, hydrogen chloride, chloroethane and unreacted ethylene.

본 단계에서 제조된 상기 제3반응생성물은 반응 부산물인 물 및 미반응물인 염화수소 등이 제거된 후 제2 열분해 반응 단계로 이송된다.The third reaction product prepared in this step is transferred to the second pyrolysis step after the reaction by-product water and unreacted hydrogen chloride are removed.

(d)제2 열분해 반응 단계(d) second pyrolysis step

본 단계는 상기 제3반응생성물을 반응촉매를 이용하여 열분해시킴으로써 염화비닐을 포함하는 제4반응생성물을 제조하는 단계이다. In this step, the third reaction product is thermally decomposed using a reaction catalyst to prepare a fourth reaction product including vinyl chloride.

본 단계에서 상기 반응촉매는 ZSM, X, Y, SAPO 또는 β-제올라이트를 포함하는 제올라이트계 담체인 것이 바람직하다. 또한, 본 단계에서 상기 촉매는 상기 제올라이트계 담체(제1성분)에 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염(제2성분)이 담지되거나 이온교환되거나 상기 제올라이트 골격에 치환결합된 구조를 한 촉매인 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 촉매에 포함된 상기 전이금속은 Ni, Co, Cr, Mn, Ti 또는 Mo인 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염(제2성분); 포스핀 계열의 화합물 또는 전이금속의 상기 제올라이트계 담체(제1성분)에의 담지방법, 이온교환방법 및 치환결합 방법은 특별히 한정하지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 ZSM, X, Y, SAPO 및 β-제올라이트는 제올라이트 구조를 갖는 담체를 의미하며, 상기 제올라이트 구조를 갖는 담체란 규소 및 알루미늄 금속으로 이루어진 촉매를 의미한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 상기 제올라이트계 담체의 구체적인 예로는 ZSM5 또는 SAPO34 등을 들 수 있다. 상기 ZSM5의 경우에는 Si/Al의 몰비가 10 내지 1,000인 것이 바람직하며, 특히 Si/Al의 몰비가 20 내지 500의 범위인 ZSM5 담체촉매의 경우가 더욱 바람직하다. 또한, 상기 SAPO34의 경우에는 Si/Al의 몰비가 0.01 내지 2인 것이 바람직하고, 특히 Si/Al의 몰비가 0.1 내지 1인 것이 더욱 바람직하다.In this step, the reaction catalyst is preferably a zeolite-based carrier including ZSM, X, Y, SAPO or β-zeolite. In this step, the catalyst is preferably a catalyst having a structure in which the Group 2A metal or metal salt (second component) on the periodic table is supported, ion exchanged, or substituted on the zeolite skeleton in the zeolite carrier (first component). Do. In the present invention, the transition metal included in the catalyst is preferably Ni, Co, Cr, Mn, Ti or Mo. Group 2A metal or metal salt (second component) on the periodic table in the present invention; The method of supporting the phosphine-based compound or transition metal on the zeolite carrier (first component), the ion exchange method, and the substitution-bonding method are not particularly limited, and any method known in the art to which the present invention pertains may be used. . In the present invention, the ZSM, X, Y, SAPO and β-zeolite means a carrier having a zeolite structure, the carrier having a zeolite structure means a catalyst consisting of silicon and aluminum metal. Specific examples of the zeolitic carrier that can be used in the present invention include ZSM5 or SAPO34. In the case of the ZSM5, the molar ratio of Si / Al is preferably 10 to 1,000, and more particularly, the ZSM5 carrier catalyst having a molar ratio of Si / Al is in the range of 20 to 500. In addition, in the case of SAPO34, the molar ratio of Si / Al is preferably 0.01 to 2, and more preferably, the molar ratio of Si / Al is 0.1 to 1.

본 단계에서 상기 제2 열분해 반응은 고정층 반응기 또는 유동층 반응기에서 수행될 수 있다. 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제2 열분해 반응은 반응온도 200 내지 700 ℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 300 내지 600 ℃이다. 상기 반응온도가 200 ℃ 미만이면 전환율이 낮아서 미반응물의 분리비용이 지나치게 증가하는 문제가 있고 700 ℃를 초과하면 반응물이 코크로 전환되는 양이 증가하여 수율이 감소하는 문제가 있어 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제2 열분해 반응은 반응압력 1 내지 20 기압에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 기압이다. 상기 반응압력이 1 기압 미만이면 반응기의 부피가 증가하여 투자비가 증가할 뿐만 아니라 분리공정 비용 증가의 문제가 있고, 상기 반응압력이 20 기압을 초과하면 코크의 생성량이 지나치게 증가하는 문제가 있어 바람직하지 않다. In this step, the second pyrolysis reaction may be performed in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor. In the present invention, the second pyrolysis reaction by the fixed bed reaction is preferably carried out at a reaction temperature of 200 to 700 ℃, more preferably 300 to 600 ℃. If the reaction temperature is less than 200 ℃ has a problem that the conversion rate is low, the separation cost of the unreacted material is excessively increased, and if the reaction temperature is higher than 700 ℃, the amount of conversion of the reactant to coke is increased to reduce the yield is not preferable. Further, in the present invention, the second pyrolysis reaction by the fixed bed reaction is preferably performed at a reaction pressure of 1 to 20 atm, and more preferably 1 to 10 atm. If the reaction pressure is less than 1 atm, the volume of the reactor is increased not only to increase the investment cost but also to increase the separation process cost, and if the reaction pressure is more than 20 atm, there is a problem that the amount of coke is excessively increased. not.

본 발명에서 상기 고정층 반응에 의한 제2 열분해 반응은 반응물의 공간통과속도(WHSP) 200 내지 10,000 L/kgcat/hr의 조건에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 5,000 L/kgcat/hr이다. 상기 반응물의 공간통과속도가 200 L/kgcat/hr 미만이면 반응물의 처리량에 비하여 반응기의 크기가 지나치게 증가하는 문제가 있고, 10,000 L/kgcat/hr을 초과하면 촉매의 비활성화가 급격하게 진행되는 문제가 있어 바람직하지 않다.In the present invention, the second pyrolysis reaction by the fixed bed reaction is preferably carried out under the conditions of the space passing rate (WHSP) of 200 to 10,000 L / kgcat / hr, more preferably 1,000 to 5,000 L / kgcat / hr to be. When the space passing rate of the reactants is less than 200 L / kgcat / hr, there is a problem that the size of the reactor is excessively increased compared to the throughput of the reactants, and when the amount exceeds 10,000 L / kgcat / hr, the deactivation of the catalyst is rapidly progressed. It is not desirable.

본 발명에서 상기 제2 열분해 반응은 부산물로서 생성되는 코크(coke)를 용 이하게 제거하기 위하여 유동층 반응기를 사용할 수도 있다. 본 발명에서 상기 유동층 반응기를 사용한 제2 열분해 반응의 반응 조건은 특별히 한정하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있다. In the present invention, the second pyrolysis reaction may use a fluidized bed reactor to easily remove coke produced as a by-product. In the present invention, the reaction conditions of the second pyrolysis reaction using the fluidized bed reactor are not particularly limited, and any method known in the art may be used.

본 단계에서 상기 제2 열분해 반응에 의해 생성되는 반응생성물(제4반응생성물)은 염화비닐을 비롯하여 염화수소, 1,2-디클로로에탄, 클로로에탄, 에틸렌을 포함한 미반응물, BTX 등을 포함한다. In this step, the reaction product (fourth reaction product) produced by the second pyrolysis reaction includes vinyl chloride, hydrogen chloride, 1,2-dichloroethane, chloroethane, unreacted material including ethylene, BTX, and the like.

본 단계에서 제조된 상기 제4반응생성물은 이후 반응의 부산물인 물 및 염소가스가 제거된 후 분리반응기로 연속적으로 이송된다. The fourth reaction product prepared in this step is subsequently transferred to a separation reactor after the water and chlorine gas, which are byproducts of the reaction, are removed.

(e) 염화비닐 분리 단계(e) vinyl chloride separation step

본 단계는 상기 제4반응생성물을 분리반응기에서 비점 차이를 이용하여 염화비닐, 염화수소, BTX, 에틸렌, 메탄, 프로필렌을 포함하는 올레핀, 미반응 1,2-디클로로에탄 등으로 분리하는 단계이다. 본 단계에서 상기 화합물들을 분리하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 방법을 사용할 수 있으며, 상기 방법이 본 발명을 한정하지는 않는다. This step is a step of separating the fourth reaction product into an olefin including vinyl chloride, hydrogen chloride, BTX, ethylene, methane, propylene, unreacted 1,2-dichloroethane and the like by using a boiling point difference in a separation reactor. The method of separating the compounds in this step may use any method known in the art to which the present invention pertains, and the method does not limit the present invention.

본 단계에서 분리된 상기 에틸렌은 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응 단계로 재순환되어 공급되고, 상기 메탄은 상기 (a)단계의 제1 옥시클로리네이션 반응 단계로 재순환되어 공급되며, 상기 미반응 1,2-디클로로에탄은 (d)단계의 제2 열분해 반응 단계로 재순환되어 공급된다. The ethylene separated in this step is recycled and supplied to the second oxcyclolation reaction step of step (c), and the methane is recycled and supplied to the first oxcyclorelation reaction step of step (a) The unreacted 1,2-dichloroethane is recycled to the second pyrolysis step of step (d) and supplied.

또한, 본 단계에서 분리된 상기 염화비닐은 PVC 중합공정으로 이송될 수 있고, 프로필렌을 포함한 올레핀, BTX 등은 후속의 다운스트림(downstream) 공정으로 이송되어 이용될 수 있다. In addition, the vinyl chloride separated in this step may be transferred to the PVC polymerization process, olefins, propylene, including propylene may be transferred to the downstream process (downstream) to be used.

본 발명에 따른 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션, 상기 (d)단계의 제2 열분해 반응 단계 및 상기 (e)단계의 염화비닐의 분리 단계의 과정은 도 2에 잘 나타나 있다. 도 2는 본 발명에 따른 염화비닐 제조공정의 일부분인 에틸렌으로부터 염화비닐을 제조하는 공정을 나타내는 공정도이다.The process of the second oxcyclorelation of step (c), the second pyrolysis step of step (d) and the separation of vinyl chloride of step (e) according to the present invention are well illustrated in FIG. 2. Figure 2 is a process chart showing a process for producing vinyl chloride from ethylene which is part of the vinyl chloride manufacturing process according to the present invention.

도 2를 참조하면, 에틸렌(201), 공기(202) 및 염소화합물(223)을 포함하는 제2반응물을 반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 생성한다. 상기 제3반응생성물은 응축기(1)에서 부산물인 물(205)이 분리된다. 물이 제거된 제3반응생성물(204)은 분리반응기(A)로 이송된 후 비점 차이를 이용하여 염화수소 및 염소화합물(207)이 상기 제3반응생성물로부터 분리된다. 상기 분리된 염화수소 및 염소화합물(207)은 이후 염화수소 재생반응기에서 탄소산화물(COx)이 연소가스(221)로서 분리된 후, 탄소산화물이 없는 염화수소(222a)로서 염화수소 스트리퍼로 도입된다. 상기 염화수소 스트리퍼에 도입된 염화수소(222)는 무수 염소가스(223a)로서 분리되어 추가로 첨가되는 염소화합물(223b)과 혼합되어 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응 단계로 재순환되어 공급된다. Referring to FIG. 2, a third reactant including ethylene 201, air 202, and a chlorine compound 223 may be subjected to oxcycloreaction in the presence of a reaction catalyst to include 1,2-dichloroethane. Produce a reaction product. In the third reaction product, water 205, which is a byproduct of the condenser 1, is separated. The third reaction product 204 from which the water is removed is transferred to the separation reactor A, and the hydrogen chloride and chlorine compounds 207 are separated from the third reaction product using the boiling point difference. The separated hydrogen chloride and chlorine compound 207 is then introduced into the hydrogen chloride stripper as carbon oxide (COx) without hydrogen oxide 222a after the carbon oxide (COx) is separated as the combustion gas 221 in the hydrogen chloride regeneration reactor. Hydrogen chloride 222 introduced into the hydrogen chloride stripper is mixed with the chlorine compound 223b which is separated and added as anhydrous chlorine gas 223a and is recycled to the second oxcyclorelation reaction step of step (c). do.

한편, 상기 제2 옥시클로리네이션 반응의 주생성물인 1,2-디클로로에탄 및 부산물인 클로로에탄 및 미반응 에틸렌 등을 포함하는 제3반응생성물(211)은 열분해 반응기로 연속적으로 이송된다. Meanwhile, the third reaction product 211 including 1,2-dichloroethane as a main product of the second oxcyclolation reaction and chloroethane and unreacted ethylene as a by-product is continuously transferred to the pyrolysis reactor.

상기 열분해 반응기로 이송된 제3반응생성물(211)은 반응촉매의 존재하에 상 기 열분해 반응기에서 열분해되어 제4반응생성물(212)이 생성된다. 상기 제4반응생성물은 염화비닐을 비롯하여 염화수소, 염화메틸, 미반응 에틸렌, 미반응 1,2-디클로로에탄, 클로로에탄 등을 포함한다. The third reaction product 211 transferred to the pyrolysis reactor is pyrolyzed in the pyrolysis reactor in the presence of a reaction catalyst to produce a fourth reaction product 212. The fourth reaction product includes vinyl chloride, hydrogen chloride, methyl chloride, unreacted ethylene, unreacted 1,2-dichloroethane, chloroethane and the like.

상기 제4반응생성물(212)은 이후 응축기(2)를 거쳐 반응 부산물인 물이 제거되고 이어서 스크러버를 통하여 염화수소 및 염소화합물(213, 214)이 상기 제4반응생성물로부터 분리된다. 상기 분리된 염화수소 및 염소화합물(213)은 직접 염화수소 스트리퍼로 이송되거나, 염화수소 재생반응기를 통해 탄소산화물(221)이 제거된 염화수소(222a)로서 염화수소 스트리퍼로 이송된다. 상기 염화수소 스트리퍼에 도입된 염화수소(222)는 무수 염화수소(223a)로서 분리되어 추가로 첨가되는 염소화합물(223b)와 혼합되어 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응 단계로 재순환되어 공급된다.The fourth reaction product 212 is then passed through the condenser 2 to remove the reaction by-product water, and the hydrogen chloride and chlorine compounds 213 and 214 are separated from the fourth reaction product through a scrubber. The separated hydrogen chloride and chlorine compounds 213 are directly transferred to the hydrogen chloride stripper, or are transferred to the hydrogen chloride stripper as hydrogen chloride 222a from which the carbon oxide 221 is removed through a hydrogen chloride regeneration reactor. Hydrogen chloride 222 introduced to the hydrogen chloride stripper is mixed with an additional chlorine compound 223b which is separated and added as anhydrous hydrogen chloride 223a, and is recycled and supplied to the second oxcyclolation reaction step of step (c). .

한편, 상기 염화수소가 분리된 제4반응생성물(215)은 분리반응기(B)로 이송된 후 비점 차이를 이용하여 염화비닐(218), 미반응 에틸렌(217), 미반응 1,2-디클로로에탄(216) 및 클로로에탄 등을 포함하는 기타 물질(219)로 분리되며, 상기 미반응 에틸렌(217)은 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응 단계로 재순환되어 공급되며, 미반응 1,2-디클로로에탄(216)은 상기 (d)단계의 제2 열분해 반응단계로 재순환되어 공급된다. Meanwhile, the fourth reaction product 215 in which the hydrogen chloride is separated is transferred to the separation reactor (B), and then vinyl chloride (218), unreacted ethylene (217), unreacted 1,2-dichloroethane using a boiling point difference. 216 and other materials including chloroethane and the like, and the unreacted ethylene 217 is recycled and supplied to the second oxcyclolination reaction step of step (c), and unreacted 1 The, 2-dichloroethane 216 is recycled and supplied to the second pyrolysis step of step (d).

본 발명은 상기 (a)단계의 제1 옥시클로리네이션 반응 및 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응을 하나의 반응기에서 동시에 수행하는 것을 포함하며, 상기 (b)단계의 제1 열분해 반응 및 상기 (d)단계의 제2 열분해 반응을 하나의 반응 기에서 동시에 수행하는 것을 포함한다. The present invention includes simultaneously performing the first oxcyclorelation reaction of step (a) and the second oxcyclorelation reaction of step (c) in one reactor, and the first of step (b) Simultaneously carrying out the pyrolysis reaction and the second pyrolysis reaction of step (d) in one reactor.

본 발명에서 상기 메탄 및 에틸렌을 하나의 반응기에서 동시에 옥시클로리네이션 반응시키는 방법은 상기 (c)단계에서 생성된 에틸렌을 상기 (a)단계로 재순환시키는 공정을 포함함으로써, 별도의 에틸렌을 공급하지 않고도 메탄으로부터 하나의 공정으로 염화비닐을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 염화메틸과 1,2-디클로로에탄을 하나의 열분해 반응기에서 동시에 반응시키므로 별도의 1,2-디클로로에탄의 열분해 반응기가 없이도 염화비닐을 제조할 수 있다.In the present invention, the method of simultaneously reacting the oxidized methane and ethylene in one reactor includes the step of recycling the ethylene produced in the step (c) to the step (a), thereby not supplying separate ethylene. Vinyl chloride can be produced from methane in one process. In addition, in the present invention, since the methyl chloride and 1,2-dichloroethane are simultaneously reacted in one pyrolysis reactor, vinyl chloride may be prepared without a separate pyrolysis reactor of 1,2-dichloroethane.

상기 메탄 및 에틸렌을 동시에 옥시클로리네이션 반응 및 이후 열분해 반응시킴에 의해 염화비닐을 제조하는 공정은 첨부된 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 본 발명의 일 예에 따른 제1 옥시클로리네이션 반응 및 제2 옥시클로리네이션 반응이 하나의 반응기에서 수행되고, 제1 열분해 반응 및 제2 열분해 반응이 하나의 반응기에서 수행되어 염화비닐이 제조되는 공정을 나타내는 공정도이다.The process for producing vinyl chloride by simultaneously oxidizing the methane and ethylene followed by pyrolysis reaction is shown in FIG. 3. FIG. 3 illustrates that a first oxcyclorelation reaction and a second oxcyclorelation reaction are performed in one reactor, and a first pyrolysis reaction and a second pyrolysis reaction are carried out in one reactor, according to an embodiment of the present invention. It is a process chart which shows the process in which vinyl is manufactured.

도 3을 참조하면, 옥시클로리네이션 반응기로 도입되는 반응물은 메탄(301), 공기(302), 반응후 재순환된 에틸렌(317) 및 염소화합물(323)이다. 제1반응생성물(303) 중의 물이 응축기(1)에서 먼저 제거(305)된 후에 나머지 성분(304)은 분리반응기(A)로 도입된다. 분리반응기(A)에서는 염화수소 및 고비점 염소화합물(307)이 분리되어 염화수소 재생반응기로 도입되고, 상기 염화수소는 탄소산화물이 연소되어 제거(321)된 후 탄소산화물이 없는 염화수소(323a)로서 염화수소 스트리퍼로 도입되고, 여기에서 무수 염화수소(323a)로 분리된 후 추가로 첨가되는 염소화합물(323b)와 혼합되어 다시 옥시클로리네이션 반응기로 도입된다. 상기 분리반응기(A) 에서 염화수소가 분리된 반응생성물(311)은 염화메틸, 1,2-디클로로에탄, 염화메틸렌 및 미반응 메탄 등을 포함하며 연속적으로 열분해 반응기로 이송된다. 상기 열분해 반응기에서 촉매를 사용하여 열분해 반응됨으로써 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 염화비닐, 미반응 메탄 등을 포함한 반응생성물(312)이 생성되며 상기 반응생성물(312)은 응축기(2) 및 스크러버로 이송된 후 물이 제거되고, 염화수소 및 고비점 염소화합물(313, 314)은 직접 염화수소 스트리퍼로 도입(322)되거나 염화수소 재생반응기에서 탄소산화물(321)이 제거된 후 탄소산화물을 포함하지 않은 염화가스(322a)로서 염화수소 스트리퍼로 도입된다. 한편, 상기 염화수소가 제거된 반응생성물(315)은 분리반응기(B)로 연속적으로 이송된 후 상기 분리반응기(B)에서 염화비닐(318)이 분리되고, 프로필렌, 부텐, BTX 등(319)이 분리되며, 미반응 1,2-디클로로에탄(216)은 재순환되어 열분해 반응기로 도입되고, 미반응 메탄 및 에틸렌(317)은 분리되어 다시 옥시클로리네이션 반응기로 공급된다. Referring to FIG. 3, the reactants introduced into the oxcyclolination reactor are methane 301, air 302, ethylene 317 and chlorine compound 323 recycled after the reaction. The water in the first reaction product 303 is first removed 305 from the condenser 1 and then the remaining components 304 are introduced into the separation reactor A. In the separation reactor (A), the hydrogen chloride and the high boiling point chlorine compound 307 are separated and introduced into the hydrogen chloride regeneration reactor, and the hydrogen chloride is a hydrogen chloride stripper 323a without carbon oxide after the carbon oxide is burned and removed 321. The chlorine compound (323b), which is separated into anhydrous hydrogen chloride (323a), and then additionally added thereto, is introduced into the oxcyclolination reactor. The reaction product 311 in which the hydrogen chloride is separated from the separation reactor A includes methyl chloride, 1,2-dichloroethane, methylene chloride, unreacted methane, and the like, and is continuously transferred to the pyrolysis reactor. The pyrolysis reaction using a catalyst in the pyrolysis reactor produces a reaction product 312 including ethylene, propylene, butene, vinyl chloride, unreacted methane, and the like. The reaction product 312 is transferred to the condenser 2 and the scrubber. After the water is removed, the hydrogen chloride and high boiling point chlorine compounds (313, 314) are introduced directly to the hydrogen chloride stripper (322) or the chloride gas (322a) containing no carbon oxide after the carbon oxide 321 is removed from the hydrogen chloride regeneration reactor Is introduced into the hydrogen chloride stripper. Meanwhile, the hydrogen chloride-removed reaction product 315 is continuously transferred to the separation reactor (B), and then vinyl chloride 318 is separated from the separation reactor (B), and propylene, butene, BTX, and the like (319) Separated, unreacted 1,2-dichloroethane 216 is recycled and introduced into the pyrolysis reactor, and unreacted methane and ethylene 317 are separated and fed back to the oxcyclolination reactor.

상기 공정은 메탄과 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 하나의 반응기에서 수행되도록 함으로써 메탄의 반응 생성물인 에틸렌이 상기 옥시클로리네이션 반응에 다시 공급되도록 하는 동시에 염화메틸과 1,2-디클로로에탄을 하나의 반응기에서 열분해 반응이 수행되도록 하여 공정을 단순화하고 최종 생성물인 염화비닐의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.The process allows the oxcyclorelation reaction of methane and ethylene to be carried out in one reactor, so that ethylene, the reaction product of methane, is fed back to the oxcyclolination reaction while simultaneously adding methyl chloride and 1,2-dichloroethane. The pyrolysis reaction can be performed in the reactor of to simplify the process and further improve the yield of the final product, vinyl chloride.

또한, 본 발명은 상기 (a)단계의 제1 옥시클로리네이션 반응 및 상기 (c)단계의 제2 옥시클로리네이션 반응이 두개의 상이한 반응기에서 각각 별도로 수행되는 것을 포함한다. In addition, the present invention includes that the first oxcyclorelation reaction of step (a) and the second oxcyclorelation reaction of step (c) are each performed separately in two different reactors.

본 발명에서 상기 메탄 및 에틸렌을 두개의 상이한 반응기에서 별도로 옥시클로리네이션 반응시키는 방법은 상기 (b)단계에서 생성된 에틸렌을 상기 (c)단계로 재순환시키는 공정을 포함함으로서, 별도의 에틸렌을 공급하지 않고도 메탄으로부터 하나의 공정으로 염화비닐을 제조할 수 있다.In the present invention, the method of separately reacting the methane and ethylene in two different reactors in the OCcyclolination reaction includes the step of recycling the ethylene produced in step (b) to step (c), thereby supplying a separate ethylene. Vinyl chloride can be produced in one process from methane without

상기 메탄 및 에틸렌을 두개의 상이한 반응기에서 옥시클로리네이션 반응시키고 이후 상기 옥시클로리네이션의 반응 생성물인 염화메틸 및 1,2-디클로로에탄 등을 열분해 반응시킴에 의해 에틸렌 및 염화비닐을 제조하는 공정은 첨부된 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 메탄의 옥시클로리네이션 반응 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응이 두개의 상이한 반응기에서 수행되어 염화비닐이 제조되는 공정을 나타내는 공정도이다.Process for preparing ethylene and vinyl chloride by oxidizing the methane and ethylene in two different reactors and then pyrolyzing the reaction products of the oxcyclolination, such as methyl chloride and 1,2-dichloroethane. Is shown in the accompanying FIG. 4. 4 is a flowchart illustrating a process in which vinyl chloride is prepared by performing an oxcyclolination reaction of methane and an oxcyclolination reaction of ethylene according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 먼저 메탄의 옥시클로리네이션 반응기로 공급되는 반응물은 메탄(401), 공기(402), 반응후 재순환된 메탄(426) 및 염소화합물(433)이며, 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응기로 공급되는 반응물은 공기(411), 보충되는 염소화합물(412), 재순환되는 무수 염화수소(433c) 및 재순환되는 에틸렌(427)이다. 메탄의 옥시클로리네이션 반응의 생성물(403) 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응의 생성물(413)은 응축기(1)로 이송되어 혼합된 후 응축되어 부산물인 물(407)이 제거된다. 물이 제거된 나머지 반응생성물(404)은 분리반응기(A)로 도입된다. 분리반응기(A)에서는 염화수소 및 고비점 염소화합물(406)이 분리되어 염화수소 재생반응기로 도입되고, 상기 염화수소는 탄소산화물(432)이 연소되어 제거된 후 탄소산화물이 없는 염화수소(431)로서 염화수소 스트리퍼로 도입되고, 여기에서 무수 염화수소 (433a)로 분리된 후 추가로 첨가되는 염화수소(433b)와 혼합되어 다시 메탄의 옥시클로리네이션 반응기 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응기로 도입된다. 상기 분리반응기(A)에서 염화수소가 분리된 반응생성물(405)은 염화메틸, 1,2-디클로로에탄, 염화메틸렌 및 미반응 메탄 등을 포함하며 연속적으로 열분해 반응기로 이송된다. 상기 열분해 반응기에서 촉매를 사용하여 열분해 반응됨으로써 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 염화비닐, 미반응 메탄 등을 포함한 반응생성물(421)이 생성되며 상기 반응생성물(421)은 응축기(2) 및 스크러버로 이송된 후 물이 제거되고, 염화수소 및 고비점 염소화합물(423, 424)은 직접 염화수소 스트리퍼로 도입(423)되거나 염화수소 재생반응기에서 탄소산화물(42)이 제거된 후 탄소산화물을 포함하지 않은 염화수소(431)로서 염화수소 스트리퍼로 도입된다. 상기 염화수소가 제거된 반응생성물(422)은 분리반응기(B)로 연속적으로 이송된 후 상기 분리반응기(B)에서 염화비닐(429)이 분리되고, 프로필렌, 부텐, BTX 등(428)이 분리되며, 미반응 1,2-디클로로에탄(425)은 열분해 반응기로 재공급되고, 에틸렌(427)은 분리되어 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응기로 재순환 공급되며, 미반응 메탄(426)은 메탄의 옥시클로리네이션 반응기로 재공급된다. Referring to FIG. 4, first, the reactants supplied to the oxcyclorelation reactor of methane are methane (401), air (402), methane (426) and chlorine compound (433), which are recycled after the reaction, and octacycloethylene of ethylene. The reactants fed to the reaction reactor are air 411, chlorine compound 412 to be replenished, anhydrous hydrogen chloride 433c to be recycled and ethylene 427 to be recycled. The product 403 of the oxcyclorelation reaction of methane and the product 413 of the oxcyclorelation reaction of ethylene are transferred to the condenser 1, mixed, and then condensed to remove the by-product water 407. The remaining reaction product 404 from which water is removed is introduced into the separation reactor (A). In the separation reactor (A), the hydrogen chloride and the high boiling point chlorine compound 406 are separated and introduced into a hydrogen chloride regeneration reactor, and the hydrogen chloride is a hydrogen chloride stripper as hydrogen chloride 431 without carbon oxide after the carbon oxide 432 is burned and removed. It is introduced into an anhydrous hydrogen chloride (433a), and then mixed with hydrogen chloride (433b) which is additionally added, and then introduced into an oxcyclolination reactor of methane and an oxcyclolination reactor of ethylene. The reaction product 405 in which hydrogen chloride is separated from the separation reactor (A) includes methyl chloride, 1,2-dichloroethane, methylene chloride, unreacted methane, and the like, and is continuously transferred to a pyrolysis reactor. The pyrolysis reaction using the catalyst in the pyrolysis reactor produces a reaction product 421 including ethylene, propylene, butene, vinyl chloride, unreacted methane, and the like. The reaction product 421 is transferred to the condenser 2 and the scrubber. After the water is removed, the hydrogen chloride and high boiling point chlorine compounds (423, 424) are introduced directly into the hydrogen chloride stripper (423) or after the removal of the carbon oxide (42) in the hydrogen chloride regenerator, hydrogen chloride (431) containing no carbon oxides As a hydrogen chloride stripper. The hydrogen chloride-removed reaction product 422 is continuously transferred to the separation reactor (B), and then vinyl chloride (429) is separated from the separation reactor (B), and propylene, butene, BTX, and the like (428) are separated. , Unreacted 1,2-dichloroethane (425) is fed back to the pyrolysis reactor, ethylene (427) is separated and recycled to the ethylene cyclocyclization reactor, and unreacted methane (426) is fed to the methane It is fed back to the renation reactor.

상기 공정은 메탄과 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 두개의 상이한 반응기에서 수행되도록 하고, 메탄의 반응 생성물인 에틸렌이 상기 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응에 공급되도록 함과 동시에 염화메틸과 1,2-디클로로에탄을 동일한 하나의 반응기에서 열분해 반응시킴으로써 공정을 단순화하고 최종 생성물인 염화비닐의 수율을 향상시킬 수 있다. The process allows the oxcyclorelation reaction of methane and ethylene to be carried out in two different reactors, while the reaction product of methane is fed to the oxcyclorelation reaction of ethylene with 1,2- and methyl chloride. The pyrolysis reaction of dichloroethane in the same reactor can simplify the process and improve the yield of the final product, vinyl chloride.

이상으로 본 발명에 따른 메탄으로부터의 염화비닐의 제조방법을 각 공정별로 나누어 설명하였다. In the above, the production method of vinyl chloride from methane according to the present invention has been described by dividing each step.

본 발명에 따른 제조방법을 사용할 경우 촉매 활성이 향상된 옥시클로리네이션 반응촉매 및 열분해 반응촉매를 사용함으로써 염화비닐의 선택도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 메탄의 옥시클로리네이션 반응 및 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 하나의 반응기 또는 두개의 상이한 반응기에서 수행하고 최종 분리된 에틸렌을 상기 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응에 재순환시켜 공급할 수 있으므로 공정을 단순화할 수 있으며 동시에 염화비닐의 선택도를 향상시킬 수 있다. When using the preparation method according to the present invention it is possible to increase the selectivity of vinyl chloride by using an oxidized reaction catalyst and pyrolysis reaction catalyst with improved catalytic activity. In addition, the oxcyclorelation of methane and the oxcyclorelation of ethylene can be carried out in one reactor or two different reactors and the final separated ethylene can be recycled and fed to the oxcyclorelation of ethylene. It can simplify and improve the selectivity of vinyl chloride.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

실시예Example 1 One

제1 First 옥시클로리네이션Oxcyclolination 반응 reaction

옥시클로리네이션 반응기로서 높이가 60 cm인 직경 1인치의 반응기(Inconel 반응기)에 촉매 5g을 채워 넣고 반응 온도 350 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 2,250 L/kgcat/hr의 조건으로 고정층 반응기에서 옥시클로리네이션 반응을 수행하였다. 촉매로는 5중량부의 Cu 및 1.01중량부의 란탄 금속을 제올라이트 계열의 ZSM5 담체에 담지하여 300 ℃에서 질소로 소성한 담체 촉매를 사용하였다. 반응물은 메탄:염소가스:공기의 몰비가 1.5:1:0.5로 고정한 후 질소로 희석하여 50%로 고정하여 주입하였다. 상기 반응결과 생성되는 염화메틸, 염화메틸렌, 탄소산화물 및 미반응 메탄의 함량으로부터 아래식으로부터 메탄의 전환율 및 염화메틸의 선택도를 구하였다. An oxcyclorelation reactor, a 60-cm-high 1-inch diameter reactor (Inconel reactor) was charged with 5 g of a catalyst and had a reaction temperature of 350 ° C., a reaction pressure of 1 atmosphere, and a space passing rate (WHSV) of 2,250 L / kgcat / hr. Oxychlorination was carried out in a fixed bed reactor. As a catalyst, 5 parts by weight of Cu and 1.01 parts by weight of lanthanum metal were supported on a zeolite-based ZSM5 carrier, and a carrier catalyst calcined with nitrogen at 300 ° C. was used. The reactant was injected at a molar ratio of methane: chlorine gas: air fixed at 1.5: 1: 0.5, diluted with nitrogen, and fixed at 50%. From the contents of methyl chloride, methylene chloride, carbon oxide and unreacted methane produced as a result of the reaction, conversion of methane and selectivity of methyl chloride were obtained from the following equation.

메탄의 전환율(%) = [(최초 투입된 메탄의 몰수-미반응 메탄의 몰수) / (최초 투입된 메탄의 몰수)] × 100% Conversion of methane = [(moles of methane initially added-moles of unreacted methane) / (moles of methane initially added)] × 100

염화메틸의 선택도(%) = [(생성된 염화메틸의 몰수) / (반응한 메탄의 몰수)] × 100% Selectivity of methyl chloride = [(moles of produced methyl chloride) / (moles of reacted methane)] × 100

상기 제1 옥시클로리네이션 반응에 의한 메탄의 전환율은 21.5%이고, 염화메틸의 선택도는 95.5%였다. 또한 불순물인 염화메틸렌의 선택도는 3.2%, 기타 탄소산화물의 선택도는 0.4%였다.The conversion rate of methane by the first oxcyclorelation reaction was 21.5%, and the selectivity of methyl chloride was 95.5%. The selectivity of methylene chloride as an impurity was 3.2% and that of other carbon oxides was 0.4%.

제1 열분해 반응First pyrolysis reaction

염화메틸을 이용하여 높이가 60 cm이고 외경이 1인치인 열분해 반응기(Inconel 반응기)에 촉매 5g을 채워 넣고 반응 온도 400 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 2,500 L/kgcat/hr의 조건으로 고정층 반응기에서 열분해 반응을 수행하였다. 촉매로는 1.5중량부의 MgCl2를 ZSM5(Si/Al=0.3) 담체에 담지한 후 500 ℃로 소성하여 사용하였다. 상기 반응결과 생성되는 에틸렌, 미반응 염화메틸의 함량으로부터 아래식으로부터 염화메틸의 전환율 및 에틸렌의 선택도를 구하였다.5 g of catalyst was placed in a pyrolysis reactor (Inconel reactor) having a height of 60 cm and an outer diameter using methyl chloride, and the reaction temperature was 400 ° C., the reaction pressure was 1 atm, and the space passing rate (WHSV) was 2,500 L / kgcat / hr. The pyrolysis reaction was carried out in a fixed bed reactor under the conditions. As a catalyst, 1.5 parts by weight of MgCl 2 was supported on a ZSM5 (Si / Al = 0.3) carrier, and then calcined at 500 ° C. From the contents of ethylene and unreacted methyl chloride produced as a result of the reaction, conversion of methyl chloride and selectivity of ethylene were determined from the following equation.

염화메틸의 전환율(%) = [(최초 투입된 염화메틸의 몰수-미반응 염화메틸의 몰수) / (최초 투입된 염화메틸의 몰수)] × 100% Conversion of methyl chloride = [(moles of initially added methyl chloride-moles of unreacted methyl chloride) / (moles of initially added methyl chloride)] × 100

에틸렌의 선택도(%) = [(생성된 에틸렌의 몰수) / (반응한 염화메틸의 몰수×2)] × 100% Selectivity of ethylene = [(moles of ethylene produced) / (moles of methyl chloride reacted x 2)] × 100

상기 제1 열분해 반응에 의한 염화메틸의 전환율은 97.2%이고, 에틸렌의 선택도는 58.6%, 프로필렌의 선택도는 18.7%였다.The conversion rate of methyl chloride by the first pyrolysis reaction was 97.2%, the selectivity of ethylene was 58.6%, and the selectivity of propylene was 18.7%.

제2 2nd 옥시클로리네이션Oxcyclolination 반응 reaction

옥시클로리네이션 반응기로서 높이가 60 cm인 직경 1인치의 반응기(Inconel 반응기)에 촉매 5g을 채워 넣고 반응 온도 300 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 2,250 L/kgcat/hr의 조건으로 고정층 반응기에서 옥시클로리네이션 반응을 수행하였다. 촉매로는 5중량부의 Cu 및 1.0중량부의 란탄 금속 및 1.0중량부의 Ba금속염을 알루미나 담체에 담지하여 300 ℃에서 질소로 소성한 담체 촉매를 사용하였다. 반응물은 에틸렌:염소가스:공기의 몰비가 1:2:0.5로 고정한 후 질소로 희석하여 50%로 고정하여 주입하였다. 상기 반응결과 생성되는 1,2-디클로로에탄, 탄소산화물 및 미반응 에틸렌의 함량으로부터 아래식으로부터 에틸렌의 전환율 및 1,2-디클로로에탄의 선택도를 구하였다. The oxcyclorelation reactor was filled with 5 g of catalyst in a 60-inch-high 1-inch-diameter reactor (Inconel reactor), and the reaction temperature was 300 ° C., the reaction pressure was 1 atm, and the space passing rate (WHSV) 2250 L / kgcat / hr Oxychlorination was carried out in a fixed bed reactor. As a catalyst, 5 parts by weight of Cu, 1.0 parts by weight of lanthanum metal and 1.0 parts by weight of Ba metal salt were supported on an alumina carrier and calcined with nitrogen at 300 ° C. The reactants were injected with a fixed molar ratio of ethylene: chlorine gas: air of 1: 2: 0.5, diluted with nitrogen, and fixed at 50%. From the contents of 1,2-dichloroethane, carbon oxide and unreacted ethylene produced as a result of the reaction, conversion of ethylene and selectivity of 1,2-dichloroethane were obtained from the following equation.

에틸렌의 전환율(%) = [(최초 투입된 에틸렌의 몰수-미반응 에틸렌의 몰수) / (최초 투입된 에틸렌의 몰수)] × 100% Conversion of ethylene = [(moles of ethylene initially charged-moles of unreacted ethylene) / (moles of ethylene initially charged)] × 100

1,2-디클로로에탄의 선택도(%) = [(생성된 1,2-디클로로에탄의 몰수) / (반응한 에틸렌의 몰수)] × 100% Selectivity of 1,2-dichloroethane = [(moles of generated 1,2-dichloroethane) / (moles of ethylene reacted)] × 100

상기 제2 옥시클로리네이션 반응에 의한 에틸렌의 전환율은 88.6%이고, 1,2-디클로로에탄의 선택도는 85.3%였다. The conversion rate of ethylene by the second oxcyclorelation reaction was 88.6%, and the selectivity of 1,2-dichloroethane was 85.3%.

제2 열분해 반응Second pyrolysis reaction

1,2-디클로로에탄을 이용하여 높이가 60 cm이고 외경이 1인치인 열분해 반응기(Inconel 반응기)에 촉매 5g을 채워 넣고 반응 온도 450 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 2,500 L/kgcat/hr의 조건으로 고정층 반응기에서 열분해 반응을 수행하였다. 촉매로는 1.5중량부의 MgCl2를 ZSM5(Si/Al=23) 담체에 담지한 후 500 ℃로 소성하여 사용하였다. 상기 반응결과 생성되는 염화비닐 및 미반응 1,2-디클로로에탄의 함량으로부터 아래식으로부터 1,2-디클로로에탄의 전환율 및 염화비닐의 선택도를 구하였다. 5 g of catalyst was charged into a pyrolysis reactor (Inconel reactor) having a height of 60 cm and an outer diameter of 1 inch using 1,2-dichloroethane, reaction temperature of 450 ° C., reaction pressure of 1 atmosphere, and space passing rate (WHSV) of 2,500 L / Pyrolysis was carried out in a fixed bed reactor under the conditions of kgcat / hr. As a catalyst, 1.5 parts by weight of MgCl 2 was supported on a ZSM5 (Si / Al = 23) carrier, and then calcined at 500 ° C. From the contents of vinyl chloride and unreacted 1,2-dichloroethane produced as a result of the reaction, the conversion rate of 1,2-dichloroethane and the selectivity of vinyl chloride were determined from the following equation.

1,2-디클로로에탄의 전환율(%) = [(최초 투입된 1,2-디클로로에탄의 몰수-미반응 1,2-디클로로에탄의 몰수) / (최초 투입된 1,2-디클로로에탄의 몰수)] × 100% Conversion of 1,2-dichloroethane = [(moles of first-injected 1,2-dichloroethane-moles of unreacted 1,2-dichloroethane) / (moles of first-injected 1,2-dichloroethane)] × 100

염화비닐의 선택도(%) = [(생성된 염화비닐의 몰수) / (반응한 1,2-디클로로에탄의 몰수)] × 100Selectivity of vinyl chloride (%) = [(moles of generated vinyl chloride) / (moles of reacted 1,2-dichloroethane)] × 100

상기 제2 열분해 반응에 의한 1,2-디클로로에탄의 전환율은 71.7%였으며, 염화비닐의 선택도는 82.5%, 에틸렌의 선택도는 15.5%였다.The conversion of 1,2-dichloroethane by the second pyrolysis reaction was 71.7%, the selectivity of vinyl chloride was 82.5%, and the selectivity of ethylene was 15.5%.

실시예Example 2 2

제1 First 옥시클리리네이션Oxyclination 반응 및 제2  Reaction and second 옥시클로리네이션Oxcyclolination 반응 reaction

상기 제1 옥시클로리네이션과 제2 옥시클로리네이션의 반응물인 메탄과 에틸렌을 옥시클로리네이션 반응기로서 높이가 100 cm인 직경 1인치의 반응기(Pyrex 유리 반응기)에 촉매 50g을 채워 넣고 반응 온도 350 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 600 L/kgcat/hr의 조건으로 유동층 반응기에서 옥시클로리네이션 반응을 수행하였다. 촉매로는 5중량부의 Cu 및 1.0중량부의 란탄 금속을 제올라이트 계열의 ZSM5(Sl/Al=80) 담체에 담지하여 300 ℃에서 질소로 전처리한 담체 촉매를 사용하였다. 반응물은 메탄:에틸렌:염화수소:산소의 몰비가 1:1:3:0.5로 고정한 후 질소로 희석하여 50%로 고정하여 주입하였다. 상기 반응결과 생성되는 염화메틸, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 탄소산화물 및 고비점 염소화합물 등이 생성되었다. Methane and ethylene, which are reactants of the first and second oxcyclorelations, were charged into a 1-inch-diameter reactor (Pyrex glass reactor) having a height of 100 cm as an octacyclolation reactor, and a reaction temperature was charged. Oxychlorination was carried out in a fluidized bed reactor under the conditions of 350 ° C., a reaction pressure of 1 atmosphere and a space passing rate (WHSV) of 600 L / kgcat / hr. As a catalyst, a carrier catalyst in which 5 parts by weight of Cu and 1.0 parts by weight of lanthanum metal was supported on a zeolite-based ZSM5 (Sl / Al = 80) carrier and pretreated with nitrogen at 300 ° C. was used. The reactant was injected with a molar ratio of methane: ethylene: hydrogen chloride: oxygen fixed at 1: 1: 3: 0.5, diluted with nitrogen, and fixed at 50%. Methyl chloride, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, carbon oxide and high boiling point chlorine compound produced as a result of the reaction were produced.

상기 제1 옥시클로리네이션과 제2 옥시클로리네이션 반응 결과, 메탄의 전환율은 15.3%이고 에틸렌의 전환율은 99.5%였으며, 생성물 중에서 제1 옥시클로리네이션에 의한 염화메틸의 선택도는 89.8%, 염화메틸렌의 선택도는 1.3%였으며, 제2 옥시클로리네이션에 의한 1,2-디클로로에탄의 선택도는 85.8%, 트리클로로에탄의 선택도는 11.7%를 나타내었다.As a result of the reaction of the first and second oxcyclorelation, the conversion rate of methane was 15.3%, the conversion rate of ethylene was 99.5%, and the selectivity of methyl chloride by the first oxcyclorelation in the product was 89.8%. , Methylene chloride, the selectivity was 1.3%, 1,2-dichloroethane selectivity by the second octacyclolation was 85.8%, trichloroethane selectivity was 11.7%.

제1 열분해 반응 및 제2 열분해 반응First pyrolysis reaction and second pyrolysis reaction

상기 제1 열분해 반응과 제2 열분해 반응물인 염화메틸과 1,2-디클로로에탄을 반응기로서 높이가 60 cm이고 외경이 1인치인 열분해 반응기(Inconel 반응기)에 촉매 5g을 채워 넣고 반응 온도 400 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 2,500 L/kgcat/hr의 조건으로 고정층 반응기에서 열분해 반응을 수행하였다. 촉매로는 1.5중량부의 MgCl2를 ZSM5(Si/Al=23) 담체에 담지한 후 500 ℃로 소성하여 사용하였다. 반응물은 염화메틸:1,2-디클로로에탄의 몰비가 1:0.5로 고정한 후 질소로 희석하여 50%로 고정하여 주입하였다. 상기 반응결과 염화메틸의 전환율 98%와 1,2-디클로로에탄의 전환율 99%를 나타내었으며, 제1 열분해 반응에 의한 에틸렌의 선택도 19.7%, 프로필렌의 선택도 10.5% 및 제2 열분해 반응에 의한 염화비닐 86.6%를 나타내었다.5 g of a catalyst was charged in a pyrolysis reactor (Inconel reactor) having a height of 60 cm and an outer diameter of 1 cm using methyl chloride and 1,2-dichloroethane as the first pyrolysis reaction and the second pyrolysis reaction as a reactor, and a reaction temperature of 400 ° C., Pyrolysis was carried out in a fixed bed reactor under a reaction pressure of 1 atmosphere and a space passing rate (WHSV) of 2,500 L / kgcat / hr. As a catalyst, 1.5 parts by weight of MgCl 2 was supported on a ZSM5 (Si / Al = 23) carrier, and then calcined at 500 ° C. The reactant was injected at a molar ratio of methyl chloride: 1,2-dichloroethane at 1: 0.5, diluted with nitrogen, and fixed at 50%. The reaction result was 98% conversion of methyl chloride and 99% conversion of 1,2-dichloroethane, 19.7% selectivity of ethylene by 1st pyrolysis reaction, 10.5% selectivity of propylene, and 2nd pyrolysis reaction. Vinyl chloride showed 86.6%.

실시예Example 3 3

실시예 2의 제1 옥시클로리네이션 반응 및 제2 옥시클로리네이션 반응과 동일한 반응 조건에서 옥시클로리네이션 반응을 수행하였으며 열분해 반응은 다음의 촉매 상에서 수행하였다.An oxcyclolination reaction was carried out under the same reaction conditions as those of the first and second oxcyclolination reactions of Example 2, and the pyrolysis reaction was carried out on the following catalyst.

제1 열분해 반응 및 제2 열분해 반응First pyrolysis reaction and second pyrolysis reaction

상기 제1 열분해 반응과 제2 열분해 반응물인 염화메틸과 1,2-디클로로에탄을 반응기로서 높이가 60 cm이고 외경이 1인치인 열분해 반응기(Inconel 반응기)에 촉매 5g을 채워 넣고 반응 온도 400 ℃, 반응압력 1기압, 공간통과속도(WHSV) 2,500 L/kgcat/hr의 조건으로 고정층 반응기에서 열분해 반응을 수행하였다. 촉매로는 1.5중량부의 MgCl2를 SAPO34(Si/Al=0.3) 담체에 담지한 후 500 ℃로 소성하여 사용하였다. 반응물은 염화메틸:1,2-디클로로에탄의 몰비를 1:1로 고정한 후 질소로 희석하여 50%로 고정하여 주입하였다. 상기 반응결과 염화메틸과 1,2-디클로로에탄의 전환율이 99% 이상을 나타내었으며, 제1 열분해 반응에 의한 에틸렌의 선택도 53.7%, 프로필렌의 선택도 9.4% 및 제2 열분해 반응에 의한 염화비닐의 선택도 81.3%를 나타내었다.5 g of a catalyst was charged in a pyrolysis reactor (Inconel reactor) having a height of 60 cm and an outer diameter of 1 cm using methyl chloride and 1,2-dichloroethane as the first pyrolysis reaction and the second pyrolysis reaction as a reactor, and a reaction temperature of 400 ° C., Pyrolysis was carried out in a fixed bed reactor under a reaction pressure of 1 atmosphere and a space passing rate (WHSV) of 2,500 L / kgcat / hr. As a catalyst, 1.5 parts by weight of MgCl 2 was supported on an SAPO 34 (Si / Al = 0.3) carrier, and then calcined at 500 ° C. The reactant was injected after fixing the molar ratio of methyl chloride: 1,2-dichloroethane to 1: 1 and diluting with nitrogen to 50%. As a result of the reaction, the conversion rate of methyl chloride and 1,2-dichloroethane was more than 99%. The selectivity of ethylene by the first pyrolysis reaction was 53.7%, the selectivity of propylene by 9.4% and the vinyl chloride by the second pyrolysis reaction. Showed a selectivity of 81.3%.

비교예Comparative example 1 One

제1 옥시클로리네이션 반응의 반응촉매로서 5중량부의 구리/Al2O3촉매를 CuCl2 구리 전구체와 Aldrich사의 알루미나를 이용하여 담지한 담지촉매 5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 반응을 수행하였다. 상기 반응결과 메탄의 전환율이 6.8%이고, 염화메틸의 선택도가 81.2%, 염화메틸렌의 선택도가 6.2% 및 탄소산화물(COx)의 선택도가 0.5%였다.As the reaction catalyst of the first oxcyclorelation reaction, 5 parts by weight of copper / Al 2 O 3 catalyst was used in the same manner as in Example 1 except that 5 g of a supported catalyst supported by CuCl 2 copper precursor and Aldrich's alumina was used. The reaction was carried out. As a result of the reaction, the conversion rate of methane was 6.8%, the selectivity of methyl chloride was 81.2%, the selectivity of methylene chloride was 6.2%, and the selectivity of carbon oxide (COx) was 0.5%.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 결과를 표 1에 정리하였다.The results of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are summarized in Table 1.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 제1 옥시클로리네이션1st occyclolination 메탄의 전환율Methane conversion 21.521.5 15.315.3 15.315.3 6.86.8 염화메틸의 선택도Selectivity of methyl chloride 95.595.5 89.889.8 89.889.8 81.281.2 제1 열분해반응First pyrolysis reaction 염화메틸의 전환율Conversion of methyl chloride 97.297.2 9898 9999 -- 에틸렌의 선택도Selectivity of ethylene 58.658.6 19.719.7 53.753.7 -- 제2 옥시클로리네이션Second octacyclolation 에틸렌의 전화율Conversion of ethylene 88.688.6 99.599.5 99.599.5 -- EDC의 선택도Selectivity of EDC 85.385.3 85.885.8 85.885.8 -- 제2 열분해반응2nd pyrolysis reaction EDC의 전환율EDC Conversion Rate 71.771.7 9999 9999 -- 염화비닐의 선택도Selectivity of vinyl chloride 82.582.5 86.686.6 81.381.3 --

EDC = 1,2-디클로로에탄 단위 = %EDC = 1,2-dichloroethane unit =%

상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따른 제1 옥시클로리네이션 반응의 결과 메탄의 전환율이 15% 이상이고, 이로부터 형성된 염화메틸의 선택도가 89% 이상으로서 비교예 1의 경우에 비하여 전환율은 양호한 수준이고 선택도가 매우 높음을 알 수 있다. 또한, 상기 제1 옥시클로리네이션 반응 이후 제1 열분해 반응을 거친 결과 실시예 1 내지 3에서 염화메틸의 전환율이 97%를 넘었으며, 에틸렌의 선택도는 19% 내지 58% 정도를 얻음으로써 전환율이 매우 높고 선택도는 양호한 수준임을 알 수 있다. 또한 상기 제1 열분해 반응 이후 제2 옥시클로리네이션 반응을 거친 결과 전환율이 88% 이상 되었고, 특히 제1 옥시클로리네이션 반응과 함께 진행시킨 실시예 2 및 실시예 3의 경우에는 99% 이상의 전환율을 나타냄으로써 반응이 매우 효율적임을 알 수 있었다. 상기 제2 옥시클로리네이션 반응에서의 1,2-디클로로에탄의 선택도는 85% 이상으로서 매우 높음을 알 수 있다. 상기 제2 옥시클로리네이션 반응 이후 제2 열분해 반응을 거친 결과 전환율이 70% 이상이었고, 특히 제1 열분해 반응과 함께 진행한 실시예 2 및 실시예 3의 경우에는 99% 이상의 전환율을 나타내어 반응이 매우 효율적임을 알 수 있었다. 상기 제2 열분해 반응에서의 염화비닐의 선택도는 81% 이상으로서 양호한 수준임을 나타내었다.From the results of Table 1, the conversion rate of methane as a result of the first oxcyclorelation reaction according to the present invention is 15% or more, and the selectivity of methyl chloride formed therefrom is 89% or more, compared with the case of Comparative Example 1 It can be seen that is a good level and the selectivity is very high. In addition, as a result of the first pyrolysis reaction after the first oxcyclorelation reaction, the conversion rate of methyl chloride was greater than 97% in Examples 1 to 3, and the selectivity of ethylene was obtained by obtaining about 19% to 58%. It can be seen that this is very high and the selectivity is good. In addition, the conversion rate after the first pyrolysis reaction and the second oxcyclorelation reaction was 88% or more. By indicating that the reaction was found to be very efficient. It can be seen that the selectivity of 1,2-dichloroethane in the second oxcyclolination reaction is very high as 85% or more. The second pyrolysis reaction followed by the second pyrolysis reaction resulted in a conversion rate of 70% or more. In particular, in Examples 2 and 3, which were performed together with the first pyrolysis reaction, the conversion rate was 99% or more. It was found to be very efficient. The selectivity of vinyl chloride in the second pyrolysis reaction was at least 81%, indicating a good level.

본 발명의 상기 각 실시예에서는 각 반응의 전환율 및 생성물의 선택도가 대체로 높아 반응의 효율적임을 알 수 있었으나, 비교예 1의 경우에는 제1 옥시클로리네이션 반응의 전환율 및 선택도가 낮아 반응이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3 만큼 효율적이지 못함을 알 수 있었다.In each of the above embodiments of the present invention, it was found that the conversion rate and product selectivity of each reaction were generally high, so that the reaction was efficient. However, in Comparative Example 1, the reaction rate was low because the conversion rate and selectivity of the first oxcyclorelation reaction were low. It can be seen that it is not as efficient as Examples 1 to 3 according to the present invention.

본 발명에 따른 제조방법을 사용할 경우, 활성이 향상된 촉매를 사용하여 메탄으로부터 옥시클로리네이션 반응 및 열분해 반응을 통해 에틸렌을 제조할 경우 메탄의 전환율 및 에틸렌의 선택도를 향상시킬 수 있으며, 또한, 에틸렌으로부터 옥시클로리네이션 반응 및 열분해 반응을 통해 염화비닐을 제조할 경우에도 에틸렌의 전환율 및 염화비닐의 선택도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는 상기 메탄의 옥시클로리네이션 반응과 상기 에틸렌의 옥시클로리네이션 반응 및 상기 염화메틸의 열분해 반응과 1,2-디클로로에탄의 열분해 반응을 하나의 반응기에서 수행하거나 두개의 상이한 반응기에서 수행하는 방법으로 하나의 공정으로 진행할 수 있기 때문에 반응을 단순화시켜 염화비닐의 제조비용을 감소시킬 수 있는 장점도 있다. When using the preparation method according to the present invention, when the ethylene is prepared from the methane by the oxcyclorelation reaction and pyrolysis reaction using the catalyst with improved activity, it is possible to improve the conversion of methane and selectivity of ethylene, Even when vinyl chloride is prepared from ethylene by an oxcyclolination reaction and a pyrolysis reaction, the conversion of ethylene and the selectivity of vinyl chloride can be improved. In the present invention, the oxcyclorelation of methane, the oxcyclorelation of ethylene, the pyrolysis of methyl chloride and the pyrolysis of 1,2-dichloroethane are carried out in one reactor or in two different reactors. Since the process can be carried out in one process, the reaction can be simplified to reduce the production cost of vinyl chloride.

이상에서 본 발명이 구체적인 실시예를 통하여 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상의 범위 안에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described above through specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.

Claims (15)

(a) 메탄, 공기 및 염소 화합물을 포함하는 제1반응물을 제1반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 염화메틸을 포함하는 제1반응생성물을 생성하는 단계;(a) oxidizing the first reactant comprising methane, air and chlorine compounds in the presence of the first reaction catalyst to produce a first reaction product comprising methyl chloride; (b) 상기 제1반응생성물을 제2반응촉매의 존재하에 열분해 반응시켜 에틸렌을 포함하는 제2반응생성물을 생성하는 단계;(b) pyrolysing the first reaction product in the presence of a second reaction catalyst to produce a second reaction product comprising ethylene; (c) 상기 제2반응생성물로부터 에틸렌을 분리한 후, 상기 에틸렌을 공기 및 염소화합물과 혼합한 제2반응물을 제3반응촉매의 존재하에 옥시클로리네이션 반응시켜 1,2-디클로로에탄을 포함하는 제3반응생성물을 생성하는 단계;(c) separating ethylene from the second reaction product, and then reacting the second reaction product in which the ethylene is mixed with air and a chlorine compound in the presence of a third reaction catalyst to contain 1,2-dichloroethane. Generating a third reaction product; (d) 상기 제3반응생성물을 제4반응촉매의 존재하에 열분해 반응시켜 염화비닐을 포함하는 제4반응생성물을 생성하는 단계; 및 (d) pyrolysing the third reaction product in the presence of a fourth reaction catalyst to produce a fourth reaction product comprising vinyl chloride; And (e) 상기 제4반응생성물로부터 염화비닐을 분리하는 단계;를 포함하며,(e) separating the vinyl chloride from the fourth reaction product; 상기 (a)단계 및 상기 (c)단계의 상기 염소화합물이 염소가스 또는 염화수소이며,The chlorine compound of step (a) and (c) is chlorine gas or hydrogen chloride, 상기 (a)단계 및 상기 (c)단계의 반응촉매가 구리(제1성분); 및 Zn 또는 란탄계 금속(제2성분)으로 이루어지며,The reaction catalyst of step (a) and step (c) is copper (first component); And Zn or lanthanum metal (second component), 상기 (b)단계 및 상기 (d)단계의 상기 반응촉매가 ZSM, X, Y, SAPO 또는 β-제올라이트를 포함하는 제올라이트계 담체인 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The reaction catalyst of step (b) and step (d) is a production method of vinyl chloride, characterized in that the zeolite carrier containing ZSM, X, Y, SAPO or β-zeolite. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (a)단계 및 상기 (c)단계의 반응촉매가 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염(제3성분)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The reaction catalyst of steps (a) and (c) further comprises a Group 2A metal or metal salt (third component) on the periodic table. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (a)단계 및 상기 (c)단계의 반응촉매가 제올라이트, 알루미나, 타이타니아, 실리카 또는 이들의 조합물인 담체에 담지된 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The reaction catalyst of step (a) and (c) is a method for producing vinyl chloride, characterized in that supported on a carrier which is zeolite, alumina, titania, silica or a combination thereof. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (a)단계 및 상기 (c)단계의 옥시클로리네이션 반응이 고정층 반응 또는 유동층 반응에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The method of producing vinyl chloride, characterized in that the oxcyclorelation reaction of steps (a) and (c) is carried out by a fixed bed reaction or a fluidized bed reaction. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 고정층 반응이 반응온도 100 내지 600 ℃, 반응압력 1 내지 20 기압, 반응물의 공간통과속도(WHSV) 200 내지 10,000 L/kgcat/hr의 조건에서 수행되는 것 을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The fixed bed reaction is a method of producing a vinyl chloride, characterized in that the reaction temperature is carried out under the conditions of 100 to 600 ℃, reaction pressure 1 to 20 atm, the reaction room space passing rate (WHSV) 200 to 10,000 L / kgcat / hr. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반응촉매가 상기 제올라이트계 담체에 주기율표상의 2A족 금속 또는 금속염이 담지, 이온교환 또는 상기 제올라이트 골격에 치환 결합된 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법. And the reaction catalyst is supported on the zeolite-based carrier by a group 2A metal or metal salt on the periodic table, ion-exchanged, or substituted and bonded to the zeolite skeleton. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (b)단계 및 상기 (d)단계의 열분해 반응이 고정층 반응 또는 유동층 반응에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The pyrolysis reaction of steps (b) and (d) is carried out by a fixed bed reaction or a fluidized bed reaction. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 고정층 반응이 반응온도 200 내지 700 ℃, 반응압력 1 내지 20 기압, 반응물의 공간통과속도(WHSV) 200 내지 10,000 L/kgcat/hr의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The fixed bed reaction is a method for producing vinyl chloride, characterized in that the reaction temperature is carried out under the conditions of 200 to 700 ℃, reaction pressure 1 to 20 atm, reactant space passing rate (WHSV) of 200 to 10,000 L / kgcat / hr. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a)단계의 옥시클로리네이션 반응 및 상기 (c)단계의 옥시클로리네이션 반응이 하나의 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The method of producing vinyl chloride, characterized in that the oxcyclorelation reaction of step (a) and the oxcyclorelation reaction of step (c) are carried out in one reactor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a)단계의 옥시클로리네이션 반응 및 상기 (c)단계의 옥시클로리네이션 반응이 두개의 상이한 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The method of producing vinyl chloride, characterized in that the oxcyclorelation reaction of step (a) and the oxcyclorelation reaction of step (c) are carried out in two different reactors. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b)단계의 열분해 반응 및 상기 (d)단계의 열분해 반응이 하나의 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염화비닐의 제조방법.The pyrolysis reaction of step (b) and the pyrolysis reaction of step (d) are carried out in one reactor.
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