KR101242685B1 - Method for preparing isopropanol using bottom-up flow system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이소프로판올(isopropanol)의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매 존재 하에 아세톤(acetone)을 수소화(hydrogenation) 반응시키는 단계를 포함하는 이소프로판올의 제조방법에 있어서, 반응기 내에서 반응물의 흐름이 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식이고, 상기 촉매 내의 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 이소프로판올의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preparing isopropanol, and more particularly, to a method for preparing isopropanol, comprising hydrogenation of acetone in the presence of a catalyst. It is a bottom-up bottom-up method, and relates to a method for producing isopropanol, characterized in that the active metal content in the catalyst is 10 to 20% by weight.

본 발명에 따른 이소프로판올의 제조방법은 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 촉매를 사용함과 동시에 상향식(하단투입-상단제거; bottom-up) 흐름 공정을 이용함에 따라 하향식(상단투입-하단제거; top-down) 흐름 공정으로 반응시킨 경우에 비하여 아세톤의 수소화 반응 시 발생하는 고온의 반응열을 효과적으로 제어할 수 있으며, 채널링 현상을 방지함과 동시에 반응 수율을 높여 고순도의 이소프로판올을 연속식 공정으로 제조할 수 있는 장점이 있다. Method for producing isopropanol according to the present invention using a catalyst having an active metal content of 10 to 20% by weight and at the same time using a bottom-up (bottom-up); bottom-up flow process; Compared to the top-down flow process, high-temperature reaction heat generated during the hydrogenation of acetone can be effectively controlled, and high-purity isopropanol can be produced in a continuous process by preventing the channeling phenomenon and increasing the reaction yield. There are advantages to it.

아세톤, 수소화, 이소프로판올, 상향식, 하단투입-상단제거 Acetone, Hydrogenation, Isopropanol, Bottom Up, Bottom Entry-Top Removal

Description

하단투입-상단제거 흐름 공정을 이용한 이소프로판올의 제조방법{METHOD FOR PREPARING ISOPROPANOL USING BOTTOM-UP FLOW SYSTEM} Method for producing isopropanol using bottom injection-top removal flow process {METHOD FOR PREPARING ISOPROPANOL USING BOTTOM-UP FLOW SYSTEM}

[산업상 이용 분야] [Industrial use]

본 발명은 이소프로판올의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아세톤의 수소화 반응 시 발생하는 고온의 반응열을 효과적으로 제어할 수 있으며, 채널링 현상을 방지함과 동시에 반응수율을 높여 고순도의 이소프로판올을 연속식 공정으로 제조할 수 있는 이소프로판올의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing isopropanol, and more particularly, it is possible to effectively control the high-temperature reaction heat generated during the hydrogenation reaction of acetone, and to prevent the channeling phenomenon and increase the reaction yield, and isopropanol of high purity in a continuous process It relates to a method for producing isopropanol which can be prepared by.

[종래 기술] BACKGROUND ART [0002]

이소프로판올(isopropanol)은 쿠멘(cumene), 이소프로필아민, 이소프로필에테르 등의 제조 원료 및 유기용매로 사용되는 등 유기합성 분야에서 널리 사용되고 있다. Isopropanol is widely used in the field of organic synthesis, such as used as a raw material and organic solvent of cumene, isopropylamine, isopropyl ether, and the like.

이소프로판올의 제조방법으로는 프로필렌(propylene)을 수화(hydration) 반응시켜 제조하는 방법과, 아세톤(acetone)을 수소화(hydrogenation) 반응시켜 제조하는 방법 등이 알려져 있다.As a method for producing isopropanol, a method for producing by isolating propylene and a method for producing by isolating acetone with hydrogenation are known.

상기 제조방법 중, 아세톤을 수소화반응시켜 이소프로판올을 제조하는 방법 의 예로, 미국 등록특허공보 제5,081,321호는 고정 촉매층[라이니 니켈합금(Ni/Al)]을 가지고 있는 반응기에 수소와 아세톤을 투입하여 수소화 반응시키는 공정을 개시하고 있으며, 미국 등록특허공보 제4,182,721호는 몰리브덴이 함유된 라이니 니켈(Raney nickel)을 촉매로 한 카르보닐 화합물의 수소화 공정을 개시 하고 있다. As an example of a method for producing isopropanol by hydrogenation of acetone in the above production method, US Patent No. 5,081,321 discloses hydrogen and acetone in a reactor having a fixed catalyst layer [Lini Ni alloy (Ni / Al)]. A process for hydrogenation is disclosed, and US Patent No. 4,182,721 discloses a process for hydrogenating carbonyl compounds based on Raney nickel containing molybdenum.

또한, 미국 등록특허공보 제5,449,839호는 이소프로필-터셔리 부틸 에테르를 제조하는 2단계 반응 중, 첫 번째 단계에서 기체 상태 아세톤의 수소화 반응에 의한 이소프로판올의 제조 공정을 개시하였고, 미국 등록특허공보 제5,684,215호는 니켈, 알루미늄, 지르코늄을 함유한 촉매를 사용하여 60 내지 150 ℃의 온도에서 케톤이나 알데히드 같은 카르보닐 화합물과 수소의 반응에 의해 알코올을 제조하는 공정을 개시하였다. U.S. Patent No. 5,449,839 also discloses a process for preparing isopropanol by hydrogenation of gaseous acetone in the first step of the two-step reaction for preparing isopropyl-tertiary butyl ether. 5,684,215 discloses a process for preparing alcohols by reaction of hydrogen with carbonyl compounds such as ketones and aldehydes at temperatures of 60 to 150 ° C. using catalysts containing nickel, aluminum and zirconium.

또한, 미국 등록특허공보 제6,939,995호는 1 % 이하의 벤젠을 불순물로 포함하는 아세톤으로 이소프로판올을 제조하는데, 니켈 함량 25 %이상, 니켈 표면적 15 ㎡/g 이상인 고정 촉매층에 아세톤을 세류 흐름(반응기 상단으로 원료를 투입하여 반응기 하단에서 생성물을 수득하는 방법)으로 수소화 하는 공정을 개시하고 있다. In addition, U. S. Patent No. 6,939, 995 prepares isopropanol from acetone containing 1% or less of benzene as an impurity, and flows acetone in a fixed catalyst layer having a nickel content of 25% or more and a nickel surface area of 15 m2 / g or more (top of the reactor). To a raw material is added to obtain a product at the bottom of the reactor.

그런데 상기 아세톤의 수소화 반응은 기본적으로 발열반응이기 때문에 이소프로판올의 제조시 온도 제어에 어려움이 따르고, 온도 상승에 의한 부반응으로 부산물이 생성되어 아세톤의 전환율이 떨어질 뿐만 아니라, 반응기 내부의 온도 폭등에 따른 안전성 저하의 문제점이 있으며, 반응열을 제어하기 위하여 복잡한 구조의 제조공정 및 반응기를 도입하고 있기 때문에 생산효율이 떨어지는 단점이 있다.However, since the hydrogenation of acetone is basically an exothermic reaction, it is difficult to control the temperature during the preparation of isopropanol, and by-products are generated by side reactions due to the temperature rise, thereby reducing the conversion of acetone, and safety due to temperature rise in the reactor. There is a problem of deterioration, and there is a disadvantage in that the production efficiency is lowered because it introduces a manufacturing process and a reactor of a complicated structure to control the heat of reaction.

또한, 반응물을 반응기 상단에 투입하여 반응기 하단에서 생성물을 수득하는 공정에 있어서, 반응기 내의 촉매 층이 적을 경우에는 반응 온도를 쉽게 제어할 수 있으나, 산업 현장에 적용하기 위해 대용량의 반응기를 사용할 경우 반응열 제어가 어렵고, 반응기 내의 온도 분포가 일정하지 못하며, 반응물을 촉매면 전체에 고르게 투입하기 어렵고, 채널링(channeling) 현상에 의해 반응 수율이 저하되는 단점이 있다. In addition, in the process of obtaining a product at the bottom of the reactor by adding the reactant to the top of the reactor, the reaction temperature can be easily controlled when the catalyst layer in the reactor is small, but when using a large-capacity reactor for industrial applications It is difficult to control, the temperature distribution in the reactor is not constant, it is difficult to add the reactant evenly to the entire catalyst surface, the reaction yield is reduced by the channeling (channeling) phenomenon.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명은 아세톤의 수소화 반응 시 발생하는 고온의 반응열을 효과적으로 제어할 수 있으며, 채널링 현상을 방지함과 동시에 반응 수율을 높여 고순도의 이소프로판올을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention can effectively control the high-temperature reaction heat generated during the hydrogenation of acetone, and prevent the channeling phenomenon and at the same time increase the reaction yield to produce a high-purity isopropanol It aims to provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,

촉매 존재 하에, 아세톤(acetone)을 수소화(hydrogenation) 반응시키는 단계를 포함하는 이소프로판올의 제조방법에 있어서, In the presence of a catalyst, in the production method of isopropanol comprising the step of hydrogenation (acegen) reaction (acetone),

반응기 내에서 반응물의 흐름이 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식이고, 상기 촉매 내의 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 이소프로판올의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing isopropanol, characterized in that the flow of the reactant in the reactor is a bottom-up (bottom-up) method, the active metal content in the catalyst is 10 to 20% by weight.

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 아세톤을 이용한 이소프로판올의 제조방법에 대한 연구를 거 듭하는 과정에서, 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 촉매를 사용함과 동시에 반응물을 상향식(하단투입-상단제거; bottom-up) 흐름 공정으로 반응시킬 경우, 하향식(상단투입-하단제거; top-down) 흐름 공정으로 반응시킨 경우에 비하여 반응열 제어 효과가 우수하여 부반응을 감소시키고, 연속식 대량생산 공정에의 적용이 용이함을 확인하여 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.In the course of studying the method for producing isopropanol using acetone, the present inventors used a catalyst having an active metal content of 10 to 20% by weight and simultaneously reacted the reaction product with a bottom-up flow. When reacting in the process, the reaction heat control effect is superior to that of the reaction in the top-down flow process, reducing side reactions, and confirming the ease of application to the continuous mass production process. Based on this, the present invention has been completed.

아세톤의 수소화 반응은 기본적으로 발열반응이기 때문에 온도 제어에 어려움이 따르고, 온도 상승에 의한 부반응으로 부산물이 생성되어 아세톤의 전환율이 떨어질 뿐만 아니라, 반응물이 촉매 면의 전체에 고르게 투입되기 어렵고, 채널링(channeling) 현상에 의해 반응 수율이 저하되는 단점이 있다.Since hydrogenation of acetone is basically exothermic, it is difficult to control the temperature, and by-products are generated by side reactions due to the temperature rise, which lowers the conversion of acetone, and it is difficult for the reactants to be evenly introduced into the entire catalyst surface. There is a disadvantage that the reaction yield is lowered by the channeling phenomenon.

반면에, 본 발명에 따른 이소프로판올의 제조방법은 반응 원료인 아세톤 및 수소를 반응기 하단으로 투입하고, 반응기 상단으로 생성물인 이소프로판올을 수득함에 따라, 반응 중에 생성된 이소프로판올이 반응열을 흡수하는 효과가 있어 반응기 내에 전체적으로 일정한 반응온도를 유지 할 수 있고, 그에 따라 부반응을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 제조방법은 반응물이 반응기 하단에서부터 차례로 채워지기 때문에 반응물이 고정상 촉매면의 전체에 고르게 투입되고, 반응기 내부의 촉매를 전부 사용하게 되어 생성물의 수율을 높일 수 있으며, 그에 따라 반응물을 상단으로 투입할 경우의 단점인 반응기 내부의 큰 온도 편차, 반응물의 고른 투입의 어려움, 채널링 현상으로 인한 반응기 내의 전체 촉매 활용도의 감소 등을 해결할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, in the method for preparing isopropanol according to the present invention, as acetone and hydrogen, which are reaction raw materials, are injected into the bottom of the reactor, and isopropanol, which is a product, is obtained at the top of the reactor. There is an advantage that can maintain a constant reaction temperature as a whole, thereby reducing side reactions. In addition, in the production method of the present invention, since the reactants are sequentially filled from the bottom of the reactor, the reactants are evenly added to the entire fixed bed catalyst surface, and all the catalysts in the reactor are used to increase the yield of the product. There is an advantage that can be solved, such as a large temperature deviation inside the reactor, difficulty in evenly adding the reactant, reduction of the overall catalyst utilization in the reactor due to the channeling phenomenon, which is a disadvantage when the input to the top.

본 발명에 있어서 '상향식' 및 '하단투입-상단제거'(bottom-up) 흐름은 '하 향식' 및 '상단투입-하단제거'(top-down) 흐름과 반대인 것을 의미한다. In the present invention, the 'bottom-up' and 'bottom-up' flows mean opposite to the 'bottom-up' and 'top-down' flows.

본 발명에 따른 이소프로판올의 제조방법은 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 촉매의 존재 하에, 아세톤(acetone)을 수소화(hydrogenation) 반응시키는 단계를 포함하는 이소프로판올의 제조방법에 있어서, 반응기 내에서 반응물의 흐름이 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식인 것을 특징으로 한다.Method for producing isopropanol according to the present invention is a method for producing isopropanol comprising the step of hydrogenation of acetone (acetone) in the presence of a catalyst having an active metal content of 10 to 20% by weight, the reactant in the reactor The flow of the bottom is characterized in that the bottom-up (bottom-up) method.

즉, 본 발명은 수소화 반응 촉매가 고정된 반응기 내에 기체인 수소와 액체인 아세톤을 기-액 접촉 반응시키는 단계에 있어서, 반응물을 반응기의 하단에 투입하여 반응시키고 생성물을 상단으로 제거함에 따라 반응열 제어가 용이한 제조방법에 관한 것이다.That is, the present invention in the step of the gas-liquid contact reaction of hydrogen gas and liquid acetone in the reactor in which the hydrogenation catalyst is fixed, by reacting the reactant to the bottom of the reactor and removing the product to the top to control the reaction heat It relates to an easy manufacturing method.

상기 단계의 반응 원료 중, 수소 및 아세톤은 불순물을 포함하지 않는 순수한 것을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 불순물을 포함한 것을 사용하더라도 본 발명의 효과에 영향을 미치는 것은 아니기 때문에 이에 한정되는 것은 아니다. Among the reaction raw materials in the above step, hydrogen and acetone are most preferably used pure ones containing no impurities, and the present invention is not limited thereto because it does not affect the effects of the present invention.

예를 들면, 상기 수소는 순수한 것, 또는 메탄, 에탄, 질소 등의 불순물을 함유한 것을 사용할 수 있다.  상기 아세톤 또한 순수한 것을 사용할 수 있고, 상기 수소화 반응 후 미반응 아세톤을 회수하여 재사용할 수 있으며, 아세톤은 일반적으로 페놀공정의 부산물에서 얻어지므로 벤젠 등 방향족 화합물을 함유한 것을 사용할 수 있다. For example, the hydrogen may be pure or may contain impurities such as methane, ethane and nitrogen. The acetone may also be pure, and the hydrogenated reaction may be used to recover and reuse unreacted acetone. Since acetone is generally obtained from a by-product of the phenol process, an acetone-containing aromatic compound may be used.

본 발명의 상기 수소화 반응단계에 있어서, 아세톤:수소의 몰비는 1:1 내지 1:3이 되도록 수소를 첨가하여 반응시키는 것이 바람직하다.  즉, 몰비가 낮을 경우 반응 전환율이 낮고 선택성이 떨어지는 점을 고려하여 아세톤:수소의 몰비는 1:1 이상인 것이 바람직하며, 수소의 비율이 높을 경우 이를 회수하여 재활용하는 비용이 높아져 경제성이 떨어지는 점을 고려하여 아세톤:수소의 몰비는 1:3 이하인 것이 바람직하다. In the hydrogenation step of the present invention, it is preferable to react by adding hydrogen so that the molar ratio of acetone: hydrogen is 1: 1 to 1: 3. In other words, when the molar ratio is low, the acetone: hydrogen molar ratio is preferably 1: 1 or more, considering that the reaction conversion rate is low and the selectivity is low, and when the ratio of hydrogen is high, the cost of recovering and recycling it becomes high and the economy is inferior. In consideration, it is preferable that the molar ratio of acetone: hydrogen is 1: 3 or less.

상기 촉매는 니켈, 백금, 팔라듐, 루테늄 및 로듐으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 활성금속; 및 알루미나(alumina), 실리카(silica), 지르코니아(zirconia) 및 타이타니아(titania)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 담체를 포함하는 것이 바람직하다. The catalyst is an active metal selected from the group consisting of nickel, platinum, palladium, ruthenium and rhodium; And a carrier selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia and titania.

특히 본 발명에 있어서, 상기 촉매는 촉매 내의 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.  즉, 최소한의 반응 활성효과를 나타낼 수 있도록 촉매 내의 활성금속 함량이 10 중량% 이상인 것이 바람직하며, 아세톤의 수소화 반응 시 반응열이 높아지는 것을 방지하고 이소프로판올의 생성율이 감소하는 것을 방지하기 위하여 촉매 내의 활성금속 함량이 20 중량% 이하인 것이 바람직하다.In particular, in the present invention, it is preferable to use the catalyst having an active metal content of 10 to 20% by weight in the catalyst. In other words, the active metal content in the catalyst is preferably at least 10% by weight so as to exhibit a minimum reaction activity effect, in order to prevent the heat of reaction from increasing during the hydrogenation of acetone and to reduce the production rate of isopropanol It is preferred that the content is 20% by weight or less.

또한 본 발명에 따르면, 상기 수소화 반응단계 이후에, 수소화 반응 생성물로부터 과량의 기체를 분리시키고, 액체 반응 생성물을 수득하는 단계; 상기 액체 반응 생성물로부터 미반응 아세톤을 분리시키고, 정제된 이소프로판올을 수득하는 단계; 및 상기 미반응 아세톤을 상기 수소화 반응 단계로 재순환시키는 단계를 더 포함하여 이소프로판올을 연속식(continuous type)으로 제조하는 것이 바람직하다. According to the present invention, after the hydrogenation step, the step of separating the excess gas from the hydrogenation reaction product, to obtain a liquid reaction product; Separating unreacted acetone from the liquid reaction product and obtaining purified isopropanol; And recycling the unreacted acetone to the hydrogenation step to produce isopropanol in a continuous type.

상기 연속식 반응단계들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 단계들을 조합할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. The continuous reaction steps may be combined with steps that are conventional in the art, but is not particularly limited thereto.

상기 연속식 공정의 바람직한 반응 조건으로는, 상기 수소화 반응단계에서 질량공간속도(Weight Hourly Space Velocity, WHSV) 0.1 내지 5.0 hr-1, 반응온도 70 내지 150 ℃ 및 반응압력 10 내지 50 기압으로 수행하는 것이 바람직하다. Preferred reaction conditions of the continuous process, the weight hourly space Velocity (WHSV) 0.1 to 5.0 hr -1 in the hydrogenation reaction step, carried out at a reaction temperature of 70 to 150 ℃ and a reaction pressure of 10 to 50 atmosphere It is preferable.

즉, 상기 WHSV는 반응기에 투입되는 반응물의 양이 적을 경우 경제적인 생산성을 달성하기 어려우므로 0.1 hr-1 이상인 것이 바람직하며, 반응물의 전환율을 고려하여 5.0 hr-1 이하 인 것이 바람직하다.  또한, 상기 반응온도는 최소한의 반응 활성화에너지를 공급하기 위하여 70 ℃ 이상인 것이 바람직하며, 온도가 높을 경우 아세톤의 분해현상 및 이소프로판올의 변형으로 부산물이 생성될 수 있으므로 150 ℃ 이하인 것이 바람직하다.  또한, 상기 반응압력은 최소한의 전환율을 고려하여 10 기압 이상인 것이 바람직하며, 고압을 유지시키기 위한 비용 등의 반응의 경제성 및 전환율 상승효과를 고려하여 50 기압 이하인 것이 바람직하다. That is, the WHSV is preferably 0.1 hr -1 or more because it is difficult to achieve economic productivity when the amount of the reactants introduced into the reactor is small, and 5.0 hr -1 or less in consideration of the conversion rate of the reactants. In addition, the reaction temperature is preferably 70 ℃ or more in order to supply a minimum reaction activation energy, it is preferable that the by-products generated by decomposition of acetone and deformation of isopropanol when the temperature is high is preferably 150 ℃ or less. In addition, the reaction pressure is preferably at least 10 atm considering the minimum conversion rate, and preferably at most 50 atm considering the economical efficiency of the reaction such as the cost for maintaining the high pressure and the effect of increasing the conversion rate.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described.

하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 명확하게 표현하기 위한 목적으로 기재하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다. The following Examples and Comparative Examples are only described for the purpose of more clearly expressing the present invention, but the contents of the present invention are not limited to the following Examples and Comparative Examples.

실시예Example 1 One

직경 2.54 cm, 길이 15.24 cm인 관형 반응기에 촉매(니켈 18%, 알루미나 82%, 카타루나[KATA LEUNA]사 제조, 제품명: KL-6560) 70 g을 채우고, 반응기의 상부, 중부, 하부의 초기온도를 측정하였으며, 촉매의 활성금속 함량 및 반응물 흐름 방향에 따른 발열 정도를 비교하기 위하여 외부에서 열원 공급 없이 반응을 진행하였다. A tubular reactor 2.54 cm in diameter and 15.24 cm in length was charged with 70 g of a catalyst (18% nickel, 82% alumina, manufactured by KATA LEUNA, product name: KL-6560), and the initial, upper, middle and lower portions of the reactor. The temperature was measured, and the reaction was carried out without supplying a heat source to compare the exothermic degree according to the active metal content of the catalyst and the reactant flow direction.

이때, 반응물인 아세톤은 가압펌프를 통해 질량공간속도(WHSV)=1.0 hr-1의 속도로 반응기 하단으로 주입(bottom-up)하였다.  또한, 반응물의 반응기 내 체류시간은 총 1시간으로 하였고, 아세톤과 수소의 몰비는 1:1로 유지하였으며, 반응압력은 30 기압을 유지하였다.  상기 조건으로 반응시키면서 반응기의 상부, 중부, 하부의 반응 중 최고온도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. At this time, the reactant acetone was injected to the bottom of the reactor at a rate of mass space velocity (WHSV) = 1.0 hr −1 through a pressure pump. In addition, the residence time of the reactants in the reactor was a total of 1 hour, the molar ratio of acetone and hydrogen was maintained at 1: 1, the reaction pressure was maintained at 30 atm. While reacting under the above conditions, the maximum temperature of the reactions of the upper, middle, and lower portions of the reactor was measured, and the results are shown in Table 1 below.

비교예Comparative example 1 및 2 1 and 2

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 촉매의 종류(활성금속 함량) 및 반응물 흐름 방향을 다르게 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. As shown in Table 1, it was carried out in the same manner as in Example 1, except that the type of catalyst (active metal content) and the reactant flow direction was changed.

구 분division 촉매
종류
catalyst
Kinds
아세톤:
수소(몰비)
Acetone:
Hydrogen (molar ratio)
반응물
흐름
Reactant
flow
반응기 부위별 최고(초기) 온도(℃)Maximum (initial) temperature (℃) by reactor site
상부Top 중부Central 하부bottom 실시예 1Example 1 aa 1:11: 1 Bottom-upBottom-up 120 (24)120 (24) 106 (32)106 (32) 43 (24)43 (24) 비교예 1Comparative Example 1 aa 1:11: 1 Top-downTop-down 140 (28)140 (28) 132 (29)132 (29) 79 (27)79 (27) 비교예 2Comparative Example 2 bb 1:11: 1 Top-downTop-down 179 (27)179 (27) 150 (25)150 (25) 123 (26)123 (26)

주) 촉매 a: 니켈(18%)-알루미나(82%), 카타루나(KL-6560) Note) Catalyst a: Nickel (18%)-alumina (82%), Cataluna (KL-6560)

촉매 b: 니켈(28%)-알루미나(72%), 카타루나(KL-6564)    Catalyst b: Nickel (28%)-Alumina (72%), Cataluna (KL-6564)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 활성금속 함량이 18%인 촉매를 사용하고 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식으로 반응시킴에 따라, 상단투입-하단제거(top-down) 방식으로 반응시킨 비교예 1에 비하여 각 부위별 반응열이 평균 27 ℃ 정도 낮아 반응열 제어에 유리하였다.  또한, 활성금속 함량이 28%인 촉매를 사용한 비교예 2의 경우 비교예 1보다도 반응열이 높게 나타났다. As shown in Table 1, Example 1 uses a catalyst having an active metal content of 18% and reacts in a bottom-up manner, thus the top-down is removed. Compared to Comparative Example 1 reacted in a manner, the reaction heat for each site was about 27 ℃ average, which is advantageous to the reaction heat control. In addition, in Comparative Example 2 using a catalyst having an active metal content of 28%, the heat of reaction was higher than that of Comparative Example 1.

실시예Example 2 2

직경 2.54 cm, 길이 15.24 cm인 관형 반응기에 촉매(니켈 18%, 알루미나 82%, 카타루나[KATA LEUNA]사 제조, 제품명: KL-6560) 70 g을 채우고, 반응기 내부 온도가 90 ℃가 유지되도록 히팅(heating) 또는 쿨링(cooling)하며 반응을 진행하였다. Fill a tubular reactor 2.54 cm in diameter and 15.24 cm in length with 70 g of catalyst (18% nickel, 82% alumina, manufactured by KATA LEUNA, product name: KL-6560), and keep the reactor internal temperature at 90 ° C. The reaction proceeded by heating or cooling.

이때, 반응물인 아세톤은 가압펌프를 질량공간속도(WHSV)=2.0 hr-1의 속도로 반응기 하단(bottom-up)으로 주입하였다.  또한, 반응물의 반응기 내 체류시간은 총 30분으로 하였고, 아세톤과 수소의 몰비는 1:1로 유지하였으며, 반응압력은 30 기압을 유지하였다. At this time, the reactant acetone was injected into the bottom of the reactor (bottom-up) at a rate of mass space velocity (WHSV) = 2.0 hr -1 . In addition, the residence time of the reactants in the reactor was 30 minutes in total, the mole ratio of acetone and hydrogen was maintained at 1: 1, the reaction pressure was maintained at 30 atm.

반응 완료 후, 아세톤의 이소프로판올 전환율은 기체 크로마토그래피로 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. After completion of the reaction, the isopropanol conversion of acetone was analyzed by gas chromatography, and the results are shown in Table 2 below.

실시예Example 3 3

하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 반응기 내부 온도를 110 ℃가 유지되도록 히팅(heating) 또는 쿨링(cooling)하며 반응을 진행한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다. As shown in Table 2 below, the reaction was performed in the same manner as in Example 2, except that the reaction was performed while heating or cooling the reactor internal temperature to 110 ° C.

비교예Comparative example 3 내지 8 3 to 8

하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 촉매의 종류(활성금속 함량), 반응물 흐름 방향 및 반응기 내부 온도를 다르게 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다. As shown in Table 2 below, the reaction was carried out in the same manner as in Example 2, except that the type of catalyst (active metal content), the reactant flow direction, and the reactor internal temperature were changed.

구 분division 촉매
종류
catalyst
Kinds
아세톤:
수소 (몰비)
Acetone:
Hydrogen (molar ratio)
반응기
내부온도 (℃)
Reactor
Internal temperature (℃)
반응물
흐름
Reactant
flow
아세톤
전환율 (%)
Acetone
Conversion Rate (%)
실시예 2Example 2 aa 1:11: 1 9090 Bottom-upBottom-up 99.9699.96 실시예 3Example 3 aa 1:11: 1 110110 Bottom-upBottom-up 99.9599.95 비교예 3Comparative Example 3 aa 1:11: 1 9090 Top-downTop-down 97.8497.84 비교예 4Comparative Example 4 aa 1:11: 1 110110 Top-downTop-down 97.1697.16 비교예 5Comparative Example 5 bb 1:11: 1 9090 Top-downTop-down 63.2863.28 비교예 6Comparative Example 6 bb 1:11: 1 110110 Top-downTop-down 88.1088.10 비교예 7Comparative Example 7 bb 1:11: 1 9090 Bottom-upBottom-up 71.2471.24 비교예 8Comparative Example 8 bb 1:11: 1 110110 Bottom-upBottom-up 97.9097.90

주) 촉매 a: 니켈(18%)-알루미나(82%), 카타루나(KL-6560) Note) Catalyst a: Nickel (18%)-alumina (82%), Cataluna (KL-6560)

촉매 b: 니켈(28%)-알루미나(72%), 카타루나(KL-6564)    Catalyst b: Nickel (28%)-Alumina (72%), Cataluna (KL-6564)

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 반응물의 흐름이 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식일 경우, 동일한 반응조건 하에서의 상단투입-하단제거(top-down) 방식에 비하여 아세톤의 이소프로판올로의 전환율이 높음을 알 수 있다.As shown in Table 2, when the flow of the reactants is a bottom-up method, the conversion rate of acetone to isopropanol is lower than that of the top-down method under the same reaction conditions. It can be seen that high.

특히, 실시예 2 및 3은 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식임과 동시에 활성금속 함량이 18 %인 촉매를 사용함에 따라, 활성금속 함량이 28 %인 촉매를 사용하고 상단투입-하단제거(top-down) 방식으로 반응시킨 비교예 5 및 6, 그리고 같은 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식인 비교예 7 및 8에 비하여 반응열 제어가 용이하였고, 아세톤의 이소프로판올로의 전환율도 높게 나타났다.Particularly, Examples 2 and 3 use a catalyst having an active metal content of 28% and a catalyst having an active metal content of 28% and using a bottom-up bottom-up method and a catalyst having an active metal content of 18%. Compared to Comparative Examples 5 and 6 reacted by the top-down method and Comparative Examples 7 and 8 which were the same bottom-up method, the reaction heat was easier to control, and the conversion rate of acetone to isopropanol was also higher. High.

비교예 3 및 4는 비록 실시예 2 및 3과 동일한 종류의 촉매를 사용하였으나, 상단투입-하단제거(top-down) 방식으로 반응시킴에 따라 반응열 제어가 어려웠으며, 아세톤의 이소프로판올로의 전환율도 떨어지는 것으로 나타났다.Although Comparative Examples 3 and 4 used the same type of catalyst as in Examples 2 and 3, the reaction heat was difficult to control by reacting in a top-down manner, and the conversion of acetone to isopropanol was also reduced. Appeared to fall.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이소프로판올의 제조방법은 상향식(bottom-up) 흐름 공정을 이용함에 따라, 하향식(상단투입-하단제거; top-down) 흐름 공정으로 반응시킨 경우에 비하여 아세톤의 수소화 반응 시 발생하는 고온의 반응열을 효과적으로 제어할 수 있으며, 채널링 현상을 방지함과 동시에 반응수율을 높여 고순도의 이소프로판올을 연속식 공정으로 제조할 수 있는 장점이 있다. As described above, the method for producing isopropanol according to the present invention uses a bottom-up flow process, compared with the case of reacting with acetone in a top-down flow process. It is possible to effectively control the high temperature reaction heat generated during the hydrogenation reaction, and to prevent the channeling phenomenon and increase the reaction yield has the advantage of producing a high purity isopropanol in a continuous process.

Claims (7)

촉매 존재 하에, 아세톤(acetone)을 수소화(hydrogenation) 반응시키는 단계를 포함하는 이소프로판올의 제조방법에 있어서, In the presence of a catalyst, in the production method of isopropanol comprising the step of hydrogenation (acegen) reaction (acetone), 반응기 내에서 반응물의 흐름이 하단투입-상단제거(bottom-up) 방식이고, 상기 촉매 내의 활성금속 함량이 10 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 이소프로판올의 제조방법. A method of producing isopropanol, characterized in that the flow of the reactants in the reactor is a bottom-up bottom-up method, the active metal content in the catalyst is 10 to 20% by weight. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 촉매는 니켈, 백금, 팔라듐, 루테늄 및 로듐으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 활성금속; 및 알루미나(alumina), 실리카(silica), 지르코니아(zirconia) 및 타이타니아(titania)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 담체를 포함하는 것인 이소프로판올의 제조방법. The catalyst is an active metal selected from the group consisting of nickel, platinum, palladium, ruthenium and rhodium; And a carrier selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia and titania. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수소화 반응은 아세톤:수소의 몰비가 1:1 내지 1:3이 되도록 수소를 첨가하여 반응시키는 것인 이소프로판올의 제조방법. The hydrogenation reaction is a method for producing isopropanol by adding hydrogen so that the molar ratio of acetone: hydrogen is 1: 1 to 1: 3. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수소화 반응은 반응온도 70 내지 150 ℃, 반응압력 10 내지 50 기압에 서 수행하는 것인 이소프로판올의 제조방법. The hydrogenation reaction is carried out at a reaction temperature of 70 to 150 ℃, reaction pressure 10 to 50 atm. 제1항에 있어서, 상기 수소화 반응단계 이후에, According to claim 1, After the hydrogenation step, 수소화 반응 생성물로부터 과량의 기체를 분리시키고, 액체 반응 생성물을 수득하는 단계; Separating excess gas from the hydrogenation reaction product and obtaining a liquid reaction product; 상기 액체 반응 생성물로부터 미반응 아세톤을 분리시키고, 정제된 이소프로판올을 수득하는 단계; 및 Separating unreacted acetone from the liquid reaction product and obtaining purified isopropanol; And 상기 미반응 아세톤을 상기 수소화 반응 단계로 재순환시키는 단계 Recycling the unreacted acetone to the hydrogenation step 를 더 포함하는 것인 이소프로판올의 제조방법. Method for producing isopropanol further comprising. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 수소화 반응은 질량공간속도(Weight Hourly Space Velocity)가 0.1 내지 5.0 hr-1인 연속식(continuous type)공정인 것인 이소프로판올의 제조방법.The hydrogenation reaction is a method of producing isopropanol is a continuous type process of the weight hourly space (Weight Hourly Space Velocity) is 0.1 to 5.0 hr -1 . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수소화 반응은 아세톤의 이소프로판올 전환율이 99.0% 이상인 것인 이소프로판올의 제조방법.The hydrogenation is isopropanol is a method for producing isopropanol conversion of more than 99.0% of acetone.
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