KR101391571B1 - Catalyst for direct synthesis of methyl acetate by carbonylation of dimethyl ether and preparation thereof - Google Patents

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배종욱
장인혁
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a catalyst for the direct synthesis of methyl acetate by carbonylation reaction of dimethyl ether including ferrierite which is pretreated by 0.1-5 parts by weight of zirconium on the basis of 100 parts by weight of ferrierite and to a method for preparing the same. When carrying out the carbonylation reaction of dimethyl ether using the catalyst of the present invention, by-products can be minimally generated and the selectivity of methyl acetate can be improved. Thus, in a stepwise indirect process of ethanol synthesis in which synthesis gas as a starting material is changed into dimethyl ether and methyl acetate, as the enhancement of the selectivity of methyl acetate by the carbonylation reaction of dimethyl ether is the best contribution to the ethanol yield in the total process, the inactive speed of the catalyst and the conversion to C_1-C_5 hydrocarbons are suppressed at the same time even when the mole ratio of CO to DME is less than 10, and therefore, the ethanol productivity in the entire process can be increased.

Description

디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매 및 이의 제조방법 {Catalyst for direct synthesis of methyl acetate by carbonylation of dimethyl ether and preparation thereof}[Technical Field] The present invention relates to a catalyst for direct synthesis of methyl acetate by a carbonylation reaction of dimethyl ether,

본 발명은 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 포함하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst for direct synthesis of methyl acetate by a carbonylation reaction of dimethyl ether containing perrierite pretreated with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of perrierite, and a process for producing the same.

지구상에 부존하는 화석연료인 석유자원의 고갈이 점차로 현실화되면서 대체에너지 자원 개발에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 이러한 상황 하에서, 에탄올은 현재 가장 각광받고 있는 가솔린 연료를 대체할 수 있는 대체 에너지 자원으로서 제안되고 있으며, 일부 국가에서는 이미 가솔린과의 혼합 연료로 사용되고 있다.
As the depletion of petroleum resources, which are fossil fuels on the earth, is becoming more and more common, interest and demand for alternative energy resource development are increasing. Under such circumstances, ethanol has been proposed as an alternative energy source to replace gasoline fuel, which is currently the most popular, and is already being used as a fuel mixture with gasoline in some countries.

에탄올은 다양한 화학물질의 원료나 용매로 사용되고 있으며, 앞으로는 대기 오염원 배출을 감소하기 위한 청정 대체연료로서 에탄올과 휘발유를 혼합한 연료 사용량이 크게 증가할 것으로 예상되고 있다 [Licht F.O. "World Fuel Ethanol, analysis and outlook" (2006)]. 이러한 수요의 증가에 따라서, 에탄올을 비롯한 알코올을 효율적으로 생산할 수 있는 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 현재까지는 주로 옥수수 및 사탕수수를 이용한 발효 공정이 주된 에탄올의 상업적 생산 방법으로 알려져 있다.
Ethanol is used as a raw material or solvent for various chemical substances, and it is expected that the use of fuel mixed with ethanol and gasoline as a clean alternative fuel to reduce the emission of air pollutants will be greatly increased in the future [Licht FO "World Fuel Ethanol, analysis and outlook "(2006). As the demand increases, researches on efficient production of ethanol including alcohol have been actively conducted. However, until now, fermentation process using mainly corn and sugar cane has been known as a commercial production method of ethanol.

그러나, 발효 공정의 경우에는 일 회 전환율이 낮고 정제 과정에 많은 비용이 소모되는 단점이 존재하여, 합성가스를 이용한 촉매화학적인 직접 전환을 통한 에탄올 생산에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나, 이러한 촉매화학적 직접 전환 방법은 높은 부산물의 발생 특히, 메탄 및 메탄올로의 높은 선택도로 인하여 에탄올의 수율이 매우 낮고, 로듐 등의 귀금속 촉매를 사용해야 하는 단점이 존재하고 있어서 아직까지 상용화가 이루어지지 못하고 있는 실정이다 [J. Catal. 261 (2009), 9-16].
However, in the case of the fermentation process, there is a disadvantage that the conversion rate is low and the purification process consumes a large amount of money. Thus, research on the ethanol production through the direct conversion of the catalyst using the syngas has been carried out. However, such direct catalytic conversion of catalysts has a disadvantage in that a high yield of by-products, particularly, a high selectivity to methane and methanol, and a low yield of ethanol and the use of a noble metal catalyst such as rhodium exist, [J. Catal. 261 (2009), 9-16].

최근에는 에탄올을 합성하기 위한 방법으로서 합성가스를 출발물질로 하여 디메틸에테르(dimethyl ether, DME)와 메틸아세테이트(methyl acetate, MA)의 중간체를 거치는 다단계 합성 방법에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다 [한국특허 출원 번호 10-2012-0111536]. 상기 과정에서 합성가스는 먼저 (R1) 반응에 의하여 디메틸에테르를 직접 또는 간접적(메탄올 합성 반응과 메탄올의 탈수 반응에 의한 디메틸에테를 합성 반응으로 구성됨)으로 합성할 수 있으며, 이로부터 생성된 디메틸에테르는 (R2)로 나타낸 카르보닐화(carbonylation) 반응에 의하여 메틸아세테이트 (methyl acetate, CH3COOCH3)를 합성할 수 있으며, 최종적으로 (R3) 반응인 메틸아세테이트의 수소화 반응을 통하여 에탄올(C2H5OH)을 선택적으로 합성할 수 있다. (R3) 반응의 주요 부산물인 메탄올(CH3OH)은 (R1) 반응에서 디메틸에테르 합성반응에 재사용할 수 있는 장점이 있다.
Recently, a multi-step synthesis method using synthetic gas as a starting material for intermediates of dimethyl ether (DME) and methyl acetate (MA) has been actively studied as a method for synthesizing ethanol [ Korean Patent Application No. 10-2012-0111536]. In the above process, the synthesis gas can be synthesized directly or indirectly (composed of a methanol synthesis reaction and a dimethyl ether synthesis reaction by dehydration reaction of methanol) by the (R1) reaction, and the dimethyl The ether can synthesize methyl acetate (CH 3 COOCH 3 ) by a carbonylation reaction represented by (R 2), and ultimately reacts with ethanol (C 2 H 5 OH) can be selectively synthesized. (R3), a major by-product of the reaction of methanol (CH 3 OH) has the advantage that can be reused in the dimethyl ether synthesis reaction in (R1) reaction.

(R1) DME 합성 : 2CO + 4H2 → CH3OCH3 + H2O(R1) DME synthesis: 2CO + 4H 2 → CH 3 OCH 3 + H 2 O

2CO + 4H2 → 2CH3OH → CH3OCH3 + H2O2CO + 4H 2 ? 2CH 3 OH? CH 3 OCH 3 + H 2 O

(R2) DME carbonylation : CO + CH3OCH3 → CH3COOCH3 (R2) DME carbonylation: CO + CH 3 OCH 3 → CH 3 COOCH 3

(R3) MA hydrogenation : CH3COOCH3 + H2 → CH3CH2OH + CH3OH
(R3) MA hydrogenation: CH 3 COOCH 3 + H 2 → CH 3 CH 2 OH + CH 3 OH

상기의 반응에서는 에탄올 합성 반응의 중간체인 메틸아세테이트를 높은 선택성으로 합성하는 촉매계의 개발이 가장 중요한 기술요소로서, 디메틸에테르의 카르보닐화 반응(R2)을 위한 제올라이트 계열의 촉매의 개발이 필요한 실정이다. 종래 연구 결과로서 디메틸에테르의 카르보닐화 반응을 위한 촉매계로서 모더나이트 제올라이트 및 나트륨으로 산점이 조절된 모더나이트 제올라이트 촉매를 이용하는 경우 [J. Catal. 245 (2007), 110-123] 및 구리를 담지한 모더나이트 제올라이트 촉매를 이용하는 경우[Catal. Today, 164 (2011), 425-428]와 은을 담지한 모더나이트 제올라이트 촉매를 이용하는 경우에 관한 연구결과[미국출원특허 US 2010/0130771] 등이 보고된 바 있다.
In the above reaction, development of a catalyst system for synthesizing methyl acetate, which is an intermediate in the ethanol synthesis reaction, with high selectivity is the most important technical factor and it is necessary to develop a zeolite catalyst for the carbonylation reaction (R2) of dimethyl ether . As a result of the conventional studies, when a mordenite zeolite catalyst and a mordenite zeolite catalyst whose acid sites are controlled by sodium are used as a catalyst system for the carbonylation reaction of dimethyl ether [J. Catal. 245 (2007), 110-123) and copper-supported mordenite zeolite catalysts [Catal. Today, 164 (2011), 425-428) and a study on the use of silver supported mordenite zeolite catalysts (US Patent Application No. 2010/0130771) have been reported.

그러나 상기의 모든 연구 결과는 CO/DME 몰비가 45 이상의 비현실적인 반응 조건 하에서 수행된 것으로 높은 디메틸에테르 전환율 및 메틸아세테이트로의 선택도가 보고되었으나, 이러한 반응 조건에서는 촉매의 비활성화가 가속화되는 문제점과 함께, 제올라이트 표면의 강한 산점에서 선택적으로 진행되는 디메틸에테르의 분해에 의한 C1-C5 탄화수소의 선택성 증가의 문제가 발생할 수 있는바, 본 발명에서는 CO/DME 몰비가 10 이하로 낮은 조건하에서도 높은 메틸아세테이트로의 선택성을 나타내는 촉매계를 개발하고자 하였다.
However, all of the above-mentioned studies have been conducted under unrealistic conditions of CO / DME molar ratio of 45 or more. High dimethyl ether conversion and selectivity to methyl acetate have been reported. However, There is a problem that the selectivity of the C 1 -C 5 hydrocarbon due to the decomposition of the dimethyl ether selectively progressing at the strong acid sites on the surface of the zeolite may be increased. As a result, in the present invention, even when the CO / DME molar ratio is as low as 10 or less, Acetate as a catalyst.

이에 따라, 페리어라이트 제올라이트 촉매를 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리하여 산점을 조절함에 의해서 부산물의 생성을 최소화하고 메틸 아세테이트의 선택성을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, it has been confirmed that the production of by-products can be minimized and the selectivity of methyl acetate can be improved by pretreating the ferrierite zeolite catalyst with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of perrierite, Thereby completing the invention.

본 발명의 목적은 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 포함하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매를 제공하기 위한 것이다.
The object of the present invention is to provide a catalyst for direct synthesis of methyl acetate by carbonylation reaction of dimethyl ether containing perrierite pretreated with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of perrierite.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 포함하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매를 제공한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a catalyst for direct synthesis of methyl acetate by carbonylation reaction of dimethyl ether containing perrierite pretreated with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of perrierite do.

또한, 본 발명은 지르코늄 전구체를 이온 교환 방법 또는 담지 방법으로 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄이 포함되도록 제조하는 단계 (단계 1), 및 상기 제조된 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 300℃ 내지 700℃에서 소성하는 단계 (단계 2)를 포함하는, 상기 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매의 제조방법을 제공한다.
The present invention also relates to a process for producing zirconium from 0.1 to 5 parts by weight of zirconium relative to 100 parts by weight of ferrierite (step 1) by an ion exchange method or a supporting method, and a step of preparing zirconium precursor And a step (2) of calcining the carbon nanotubes at 300 to 700 ° C. The catalyst for direct synthesis of methyl acetate by the carbonylation reaction of the dimethyl ether is also provided.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 제올라이트 촉매를 이용하여 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 적합한 촉매를 찾고자 하였으며, 특정 금속으로 표면을 처리하여 제올라이트의 산점을 조절한 촉매를 사용하여 부반응에 의한 탄화수소의 생성을 억제함으로써 메틸아세테이트의 선택도를 향상하고자 하였다. 이에 따라 제올라이트 촉매로서 페리어라이트를 사용하고 페리어라이트 표면의 산점을 조절하기 위하여 다양한 금속을 사용하고 상기 금속의 다양한 함유량을 사용하여 실험을 반복한 결과, 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리하면 부산물인 C1-C5 탄화수소의 선택도가 감소하고 디메틸에테르 카르보닐화 반응을 통한 메틸아세테이트로의 선택성이 향상되는 것을 확인하였다.
In the present invention, a catalyst suitable for the carbonylation reaction of dimethyl ether using a zeolite catalyst was investigated. A catalyst prepared by treating the surface with a specific metal and controlling the acid sites of the zeolite was used to inhibit the formation of hydrocarbons by side reactions. To improve the selectivity. As a result, experiments were repeated using various metals in order to control the acid sites on the surface of ferrierite by using ferrierite as a zeolite catalyst, and as a result, It was confirmed that the pretreatment with 5 parts by weight of zirconium reduced the selectivity of C 1 -C 5 hydrocarbons as a by-product and improved the selectivity to methyl acetate through dimethyl ether carbonylation.

본 발명의 상기 페리어라이트는 H-form의 페리어라이트를 사용할 수 있으며, 상기 지르코늄이 포함된 페리어라이트는 지르코늄 전구체로서 지르코늄 나이트레이트 전구체, 지르코늄 클로라이드 전구체 및 지르코늄 옥시클로라이드 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 페리어라이트는 비표면적이 200 내지 600 m2/g 이고, SiO2/Al2O3 몰비가 10 내지 50인 것을 사용할 수 있다.
The ferrierite of the present invention can use H-form ferrierite, wherein the zirconium-containing ferrierite is selected from the group consisting of a zirconium nitrate precursor, a zirconium chloride precursor and a zirconium oxychloride precursor as a zirconium precursor Can be produced using one or two of them. The ferrierite of the present invention may have a specific surface area of 200 to 600 m 2 / g and a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 10 to 50.

본 발명에서는 특히 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리하여야 부산물인 C1-C5 탄화수소의 선택도가 감소하고 디메틸에테르 카르보닐화 반응을 통한 메틸아세테이트로의 선택성이 향상되는 것을 확인하였다. 페리어라이트 100 중량부에 대하여 지르코늄의 함량이 5 중량부를 초과하는 경우에는 부산물인 C1-C5 탄화수소의 증가 및 디메틸에테르의 탈수 반응에 의한 메탄올의 선택성이 증가하여 메틸아세테이트의 선택성이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 페리어라이트 100 중량부에 대하여 지르코늄의 함량을 0.1 내지 5 중량부로 유지하는 것이 바람직하다.
In the present invention, the treatment with 0.1 to 5 parts by weight of zirconium relative to 100 parts by weight of ferrierite leads to a decrease in the selectivity of C 1 -C 5 hydrocarbons as a byproduct and an improvement in selectivity to methyl acetate through dimethylether carbonylation . If the content of zirconium exceeds 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of ferrierite, the increase of C 1 -C 5 hydrocarbons as a by-product and the selectivity of methanol by dehydration reaction of dimethylether are increased to decrease the selectivity of methyl acetate It is preferable to maintain the content of zirconium at 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of ferrierite.

본 발명의 상기 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매의 제조방법에 의하며 하기와 같은 두 단계의 촉매 제조 방법에 따른다.
According to the process for the direct synthesis of methyl acetate by the carbonylation reaction of the dimethyl ether of the present invention, the following two-step catalyst preparation method is followed.

단계 1은 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄이 포함되도록 제조하는 단계로서, 구체적으로 페리어라이트와 지르코늄 전구체를 증류수 또는 알코올 용매 (메탄올, 에탄올 및 프로판올 등)에 용해하여 이온 교환 방법 (ion exchange method) 또는 담지법으로 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄이 포함되도록 제조하는 단계이다.
Step 1 is a step of preparing 0.1 to 5 parts by weight of zirconium relative to 100 parts by weight of ferrierite. Specifically, ferrierite and zirconium precursor are dissolved in distilled water or an alcohol solvent (methanol, ethanol and propanol) And 0.1 to 5 parts by weight of zirconium is contained in 100 parts by weight of ferrierite by an ion exchange method or a supporting method.

단계 1에서 반응온도는 150℃ 내지 300℃ 및 반응압력은 5 bar 내지 30 bar의 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 반응 온도가 150℃ 이하로 낮은 경우에는 반응 활성이 감소하여 디메틸에테르의 전환율이 낮아지는 단점이 있으며, 300℃ 이상인 경우에는 부산물인 탄화수소의 생성이 증가하여 메틸아세테이트의 선택성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
In step 1, the reaction temperature is preferably 150 to 300 DEG C and the reaction pressure is preferably 5 to 30 bar. When the reaction temperature is lower than 150 ° C., the reaction activity is decreased and the conversion of dimethyl ether is lowered. When the reaction temperature is higher than 300 ° C., the production of hydrocarbon, which is a byproduct, increases and the selectivity of methyl acetate decreases. Lt; / RTI >

또한, 상기 지르코늄 전구체로는 지르코늄 나이트레이트 전구체, 지르코늄 클로라이드 전구체 및 지르코늄 옥시클로라이드 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 사용할 수 있다.
As the zirconium precursor, one or two selected from the group consisting of a zirconium nitrate precursor, a zirconium chloride precursor, and a zirconium oxychloride precursor can be used.

단계 2는 상기 제조된 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 300℃ 내지 700℃에서 소성하는 단계로서, 상기 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄이 포함되도록 이온교환 또는 담지된 지르코늄-페리어라이트 촉매를 300℃ 내지 700℃ 공기 분위기하에서 소성하여 페리어라이트 표면의 산점을 적절하게 조절하는 단계이다.
Step 2 is a step of calcining the prepared ferrierite pretreated with zirconium at a temperature of 300 ° C to 700 ° C. The zirconium-containing zirconium- The ferrierite catalyst is calcined in an air atmosphere of 300 ° C to 700 ° C to properly adjust the acid point on the surface of the ferrierite.

상기 소성 온도가 300℃ 미만인 경우에는 지르코늄 전구체가 페리어라이트 표면에 존재하여 산점에 영향을 주어 반응성이 감소할 수 있으며, 700℃를 초과하는 경우에는 촉매의 응집에 의한 비표면적 감소에 따라서 디메틸에테르의 반응성이 감소할 수 있으므로 상기의 소성 온도 범위에서 촉매를 제조하는 것이 바람직하다.
When the calcination temperature is less than 300 ° C., the zirconium precursor is present on the surface of the periaritride and affects the acid sites, thereby decreasing the reactivity. When the calcination temperature is higher than 700 ° C., It is preferable to prepare the catalyst in the above calcination temperature range.

상기 제조방법에 의해서 제조된 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 포함하는 촉매는 그 자체의 안정성이 향상되고 이로 인하여 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에서 메틸아세테이트의 선택성을 향상시킬 수 있다.The catalyst comprising ferrierite pretreated with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferrierite produced by the above-mentioned method has improved stability, and thus, in the carbonylation reaction of dimethyl ether, The selectivity of acetate can be improved.

본 발명의 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 포함하는 촉매를 사용하여 디메틸에테르의 카르보닐화 반응을 수행하면 부산물의 생성을 최소화하고 메틸 아세테이트의 선택성을 향상시킬 수 있다.
Carbonylation of dimethyl ether using a catalyst comprising ferrierite pretreated with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferrierite of the present invention minimizes the formation of byproducts, Can be improved.

따라서, 합성가스를 출발물질로 하여 디메틸에테르 및 메틸아세테이트를 거치는 단계적인 에탄올 간접합성 공정에서 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트의 선택도 향상이 전체 공정에서의 에탄올 수율에 가장 크게 기여함으로써, CO/DME 몰비가 10 이하로 낮은 경우에도 촉매의 비활성 속도가 억제됨과 동시에 C1-C5 탄화수소로의 전환을 억제할 수 있어서 전체 공정에서의 에탄올 생산성을 증대할 수 있다.
Therefore, the improvement in the selectivity of methyl acetate by the carbonylation reaction of dimethyl ether in the step-wise ethanol indirect synthesis process using dimethyl ether and methyl acetate as the starting material of the synthesis gas contributes the greatest to the ethanol yield in the whole process , And even when the CO / DME molar ratio is as low as 10 or less, the rate of inactivation of the catalyst can be suppressed and the conversion to C 1 -C 5 hydrocarbons can be suppressed, so that the productivity of ethanol in the whole process can be increased.

도 1은 실시예 1, 4, 7 및 비교예 2의 반응 시간에 따른 디메틸에테르의 전환율을 나타낸 것이다.Fig. 1 shows conversion ratios of dimethyl ether according to reaction times in Examples 1, 4 and 7 and Comparative Example 2. Fig.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

제조예Manufacturing example 1:  One: 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트를 합성하기 위한 촉매로서 NH3-form의 페리어라이트(ferrierite)를 500℃에서 3시간 소성하여 H-form의 페리어라이트(ferrierite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g)를 제조하였다. 이때의 촉매는 FER로 표기하였다.
The ferrierite of NH 3 -form was calcined at 500 ° C for 3 hours as a catalyst for synthesizing methyl acetate by methylation of methyl ether, and H-form ferrierite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / g). The catalyst at this time was designated as FER.

실시예Example 1: 지르코늄으로  1: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 표면의 산점을 조절하기 위하여 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 0.50 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(1.0g)를 이온 교환 방법(ion exchange method)으로 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used. In order to control the acid sites on the surface, zirconium (IV) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite, It was prepared in; (zirconium (IV) oxychloride octahydrate ZrOCl 2 · 8H 2 O) ion exchange method (ion exchange method) the ferrierite zeolite (1.0g) that contained 0.50 weight using a zirconium oxychloride precursor.

상기 이온 교환 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 세척 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(0.50)-IE로 표기하였다.
The ion exchange was carried out at 70 ° C. for 3 hours, followed by washing and drying at 100 ° C. for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C. to prepare Zr-ferrierite. Was expressed as Zr-FER (0.50) -IE.

실시예Example 2: 지르코늄으로  2: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 1.0 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(1.0g)를 이온 교환 방법으로 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; using a zirconium (IV) oxychloride octahydrate) that contained 1.0 parts by weight of zirconium was produced ferrierite zeolite (1.0g) as an ion exchange method.

상기 이온 교환 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 세척 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(1.0)-IE로 표기하였다.
The ion exchange was carried out at 70 ° C. for 3 hours, followed by washing and drying at 100 ° C. for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C. to prepare Zr-ferrierite. (1.0) -IE. ≪ / RTI >

실시예Example 3: 지르코늄으로  3: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 2.0 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(1.0g)를 이온 교환 방법으로 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; zirconium (IV) oxychloride octahydrate) was used to prepare 1.0 g of ferrierite zeolite by ion exchange so as to contain 2.0 weight of zirconium.

상기 이온 교환 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 세척 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(2.0)-IE로 표기하였다.
The ion exchange was carried out at 70 ° C. for 3 hours, followed by washing and drying at 100 ° C. for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C. to prepare Zr-ferrierite. Was labeled with Zr-FER (2.0) -IE.

실시예Example 4: 지르코늄으로  4: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 2.5 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(1.0g)를 이온 교환 방법으로 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; zirconium (IV) oxychloride octahydrate) was used to prepare 1.0 g of ferrierite zeolite by ion exchange to contain 2.5 weight of zirconium.

상기 이온 교환 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 세척 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(2.5)-IE로 표기하였다.
The ion exchange was carried out at 70 ° C. for 3 hours, followed by washing and drying at 100 ° C. for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C. to prepare Zr-ferrierite. Was labeled Zr-FER (2.5) -IE.

실시예Example 5: 지르코늄으로  5: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 0.5 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(3.0g)를 담지법(impregnation)을 이용하여 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; zirconium (IV) using an oxychloride octahydrate) was prepared using a ferrierite zeolite (3.0g) method (impregnation) carrying thereon to contain 0.5 weight zirconium.

상기 지르코늄의 담지 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 70 ℃의 증발 건조기(rotary evaporator)에서 용매의 제거 및 100 ℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500 ℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(0.5)-IMP로 표기하였다.
The zirconium support was carried out at 70 ° C for 3 hours, followed by removal of the solvent in a rotary evaporator at 70 ° C and drying at 100 ° C for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C to remove Zr - Ferrierite was prepared and the catalyst was designated Zr-FER (0.5) -IMP.

실시예Example 6: 지르코늄으로  6: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 2.0 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(3.0g)를 담지법(impregnation)을 이용하여 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; that using zirconium (IV) oxychloride octahydrate) containing 2.0 parts by weight of zirconium was prepared using ferrierite zeolite (3.0g) method (impregnation) carrying thereon.

상기 지르코늄의 담지 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 70℃의 증발 건조기(rotary evaporator)에서 용매의 제거 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(2.0)-IMP로 표기하였다.
The zirconium support was carried out at 70 ° C for 3 hours, followed by removal of the solvent in a rotary evaporator at 70 ° C and drying at 100 ° C for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C to remove Zr - Ferrierite was prepared and the catalyst was designated Zr-FER (2.0) -IMP.

실시예Example 7: 지르코늄으로  7: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 5.0 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(3.0g)를 담지법(impregnation)을 이용하여 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; zirconium (IV) oxychloride octahydrate using a) was prepared using the carrying ferrierite zeolite (3.0g) that contained 5.0 parts by weight of zirconium method (impregnation).

상기 지르코늄의 담지 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 70℃의 증발 건조기(rotary evaporator)에서 용매의 제거 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(5.0)-IMP로 표기하였다.
The zirconium support was carried out at 70 ° C for 3 hours, followed by removal of the solvent in a rotary evaporator at 70 ° C and drying at 100 ° C for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C to remove Zr - Ferrierite was prepared and the catalyst was designated Zr-FER (5.0) -IMP.

실시예Example 8: 지르코늄으로  8: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시나이트레이트 전구체(ZrO(NO3)2·2H2O; zirconium(IV) oxynitrate dihydrate)를 이용하여 0.5 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(3.0g)를 담지법(impregnation)을 이용하여 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used and the zirconium (IV) oxynitrate precursor (ZrO 2) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite (3.0 g) was impregnated so as to contain 0.5 weight of zirconium by using zirconium (IV) oxynitrate dihydrate (NO 3 ) 2 · 2H 2 O.

상기 지르코늄의 담지 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 70℃의 증발 건조기(rotary evaporator)에서 용매의 제거 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 ZrN-FER(0.5)-IMP로 표기하였다.
The zirconium support was carried out at 70 ° C for 3 hours, followed by removal of the solvent in a rotary evaporator at 70 ° C and drying at 100 ° C for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C to remove Zr - Ferrierite was prepared and the catalyst was designated ZrN-FER (0.5) -IMP.

실시예Example 9: 지르코늄으로  9: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시나이트레이트 전구체(ZrO(NO3)2·2H2O; zirconium(IV) oxynitrate dihydrate)를 이용하여 2.0 중량의 지르코늄이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(3.0g)를 담지법(impregnation)을 이용하여 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used and the zirconium (IV) oxynitrate precursor (ZrO 2) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite NO 3) 2 · 2H 2 O ; was prepared using a zirconium (IV) such that the zirconium containing 2.0 wt carrying a ferrierite zeolite (3.0g) method using a oxynitrate dihydrate) (impregnation).

상기 지르코늄의 담지 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 70℃의 증발 건조기(rotary evaporator)에서 용매의 제거 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 ZrN-FER(2.0)-IMP로 표기하였다.
The zirconium support was carried out at 70 ° C for 3 hours, followed by removal of the solvent in a rotary evaporator at 70 ° C and drying at 100 ° C for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C to remove Zr - Ferrierite was prepared and the catalyst was designated ZrN-FER (2.0) -IMP.

비교예Comparative Example 1: 칼륨으로  1: as potassium 전처리된Preprocessed 페리어라이트Perrier Light 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 포타슘(II) 카보네이트 전구체(K2CO3; Potassium(II) carbonate)를 이용하여 1.0 중량의 칼륨 금속이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(1.0g)를 이온 교환 방법으로 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a potassium (II) carbonate precursor (K 2 CO 3 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite ; Potassium (II) carbonate) was used to prepare 1.0 g of ferrierite zeolite containing 1.0 weight of potassium metal by the ion exchange method.

상기 이온 교환 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 세척 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 K-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 K-FER(0.5)-IE로 표기하였다.
The ion exchange was carried out at 70 ° C. for 3 hours, followed by washing and drying at 100 ° C. for 12 hours or more, followed by firing in an air atmosphere at 500 ° C. to prepare K-ferrierite, Was expressed as K-FER (0.5) -IE.

비교예Comparative Example 2: 모더나이트 촉매의 제조 2: Preparation of mordenite catalyst

메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트를 합성하기 위한 촉매로서 NH3-form의 모더나이트(Mordenite)를 500℃에서 3시간 소성하여 H-form의 모더나이트(Mordenite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g)를 제조하였다. 이때의 촉매는 MOR로 표기하였다.
Mordenite of NH 3 -form was calcined at 500 ° C for 3 hours as a catalyst for synthesizing methyl acetate by the carbonylation reaction of methyl ether to obtain H-form mordenite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / g). The catalyst at this time was designated as MOR.

비교예Comparative Example 3:  3: ZSMZSM -5형 제올라이트 촉매의 제조Preparation of -5 type zeolite catalyst

메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트를 합성하기 위한 촉매로서 NH3-form의 ZSM-5 제올라이트(ZSM-5 Zeolite)를 500℃에서 3시간 소성하여 H-form의 ZSM-5 제올라이트(ZSM-5 Zeolite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g)를 제조하였다. 이때의 촉매는 ZSM5로 표기하였다.
ZSM-5 zeolite (ZSM-5 zeolite) of NH 3 -form was calcined at 500 ° C for 3 hours as a catalyst for synthesizing methyl acetate by methylation of methyl ether, -5 Zeolite, SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / g). The catalyst at this time was designated as ZSM5.

비교예Comparative Example 4: 지르코늄으로  4: as zirconium 전처리된Preprocessed 페리어라이트를Perrier Light 포함하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한  By the carbonylation reaction of the dimethyl ether involved 메틸아세테이트Methyl acetate 직접 합성용 촉매의 제조 Preparation of Direct Synthesis Catalyst

상기의 제조예 1과 동일한 방법으로 제조한 H-form의 페리어라이트를 사용하였으며, 페리어라이트 제올라이트의 100 중량 기준으로 3차 증류수를 용매로 이용하여 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrOCl2·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 10.0 중량의 지르코늄 금속이 함유되도록 페리어라이트 제올라이트(3.0g)를 담지법(impregnation)을 이용하여 제조하였다.
The H-form ferrierite prepared in the same manner as in Preparation Example 1 was used, and a zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrOCl 2 ) was prepared by using tertiary distilled water as a solvent on the basis of 100 weight of ferrierite zeolite 8H 2 O; zirconium (IV) oxychloride octahydrate) was prepared so that the zirconium-containing metal of 10.0 parts by weight using a ferrierite zeolite (3.0g) to incipient wetness technique (impregnation) using a.

상기 지르코늄의 담지 과정은 70℃에서 3시간 수행하였으며, 이후에 70℃의 증발 건조기(rotary evaporator)에서 용매의 제거 및 100℃에서 12시간 이상의 건조 과정을 거친 후에 500℃의 공기 분위기에서 소성하여 Zr-페리어라이트(ferrierite)를 제조하였으며, 본 촉매를 Zr-FER(10.0)-IMP로 표기하였다.
The zirconium support was carried out at 70 ° C for 3 hours, followed by removal of the solvent in a rotary evaporator at 70 ° C and drying at 100 ° C for 12 hours or more, followed by calcination in an air atmosphere at 500 ° C to remove Zr - Ferrierite was prepared and the catalyst was designated Zr-FER (10.0) -IMP.

실험예Experimental Example 1: 활성검증 실험 1: Activity verification experiment

제조예 1에서 제조한 촉매의 활성 실험을 위하여 평균 60 mesh 크기, 0.2 g의 촉매를 이용하여 메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 합성 반응을 수행하였다. 반응을 시작하기 전에 300℃의 수소분위기 하에서 5시간 동안 처리한 후에, 반응온도 220℃와 반응압력 20 kg/㎠, 공간속도 2000 L/kgcat/h의 조건에서 반응물인 디메틸에테르 : 일산화탄소 : 질소의 몰 비를 5 : 45 : 50의 비율로 고정하고 반응기로 반응물을 주입하여 15시간 이상 반응을 수행하였다. 반응 결과는 반응 12시간에서 15시간 사이의 정상상태의 디메틸에테르 전환율과 메틸아세테이트, 메탄올 및 부산물의 선택도를 평균하여 표 1에 나타내었다.
For the activity test of the catalyst prepared in Preparation Example 1, a methyl acetate synthesis reaction was carried out by a carbonylation reaction of methyl ether using an average of 60 mesh size and 0.2 g of catalyst. Before starting the reaction, the mixture was treated under a hydrogen atmosphere at 300 ° C for 5 hours, and then reacted with dimethyl ether: carbon monoxide: nitrogen at a reaction temperature of 220 ° C and a reaction pressure of 20 kg / cm 2 at a space velocity of 2000 L / kg cat / The molar ratio was fixed at a ratio of 5: 45: 50 and reactants were injected into the reactor for reaction for 15 hours or more. The reaction results are shown in Table 1, in which the steady-state dimethyl ether conversion and the selectivities of methyl acetate, methanol and by-products were averaged between 12 hours and 15 hours of the reaction.

실험예Experimental Example 2: 활성검증 실험 2: Activation Verification Experiment

실시예 1 내지 10에서 제조한 촉매의 반응 활성을 검증하기 위하여, 실시예 1 내지 10에서 제조한 촉매를 사용하여 실험예 1과 동일한 조건에서 활성 검증 시험을 수행하였다. 반응 결과는 반응 12시간에서 15시간 사이의 정상상태의 디메틸에테르 전환율과 메틸아세테이트, 메탄올 및 부산물의 선택도를 평균하여 표 1에 나타내었다.
In order to verify the reaction activity of the catalysts prepared in Examples 1 to 10, activity verification tests were carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 using the catalysts prepared in Examples 1 to 10. The reaction results are shown in Table 1, in which the steady-state dimethyl ether conversion and the selectivities of methyl acetate, methanol and by-products were averaged between 12 hours and 15 hours of the reaction.

비교실험예Comparative Experimental Example 1: 활성검증 실험 1: Activity verification experiment

비교예 1 내지 4에서 제조한 촉매의 반응 활성을 검증하기 위하여, 비교예 1 내지 4에서 제조한 촉매를 사용하여 실험예 1과 동일한 조건에서 활성 검증 시험을 수행하였다. 반응 결과는 반응 12시간에서 15시간 사이의 정상상태의 디메틸에테르 전환율과 메틸아세테이트, 메탄올 및 부산물의 선택도를 평균하여 표 1에 나타내었다.
In order to verify the reaction activity of the catalysts prepared in Comparative Examples 1 to 4, activity verification tests were carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 using the catalysts prepared in Comparative Examples 1 to 4. The reaction results are shown in Table 1, in which the steady-state dimethyl ether conversion and the selectivities of methyl acetate, methanol and by-products were averaged between 12 hours and 15 hours of the reaction.

실험 결과Experiment result

구분division 촉매명Catalyst name DME 전환율 (몰%)DME conversion (mol%) 카본선택도*
[MA/MeOH/CH4/부산물]
Carbon selectivity *
[MA / MeOH / CH 4 / by-products;
MA 수율 (%)MA yield (%)
제조예 1Production Example 1 FERFER 11.211.2 77.6/13.1/4.6/4.677.6 / 13.1 / 4.6 / 4.6 8.78.7 실시예 1Example 1 Zr-FER(0.5)-IEZr-FER (0.5) -IE 9.09.0 75.9/17.1/4.7/2.275.9 / 17.1 / 4.7 / 2.2 6.86.8 실시예 2Example 2 Zr-FER(1.0)-IEZr-FER (1.0) -IE 8.78.7 70.5/22.3/5.1/2.170.5 / 22.3 / 5.1 / 2.1 6.16.1 실시예 3Example 3 Zr-FER(2.0)-IEZr-FER (2.0) -IE 8.68.6 71.0/22.7/4.5/1.971.0 / 22.7 / 4.5 / 1.9 6.16.1 실시예 4Example 4 Zr-FER(2.5)-IEZr-FER (2.5) -IE 9.09.0 69.5/23.3/5.3/2.069.5 / 23.3 / 5.3 / 2.0 6.36.3 실시예 5Example 5 Zr-FER(0.5)-IMPZr-FER (0.5) -IMP 12.912.9 84.7/7.0/4.6/3.784.7 / 7.0 / 4.6 / 3.7 10.910.9 실시예 6Example 6 Zr-FER(2.0)-IMPZr-FER (2.0) -IMP 12.612.6 85.6/7.4/3.0/4.085.6 / 7.4 / 3.0 / 4.0 10.710.7 실시예 7Example 7 Zr-FER(5.0)-IMPZr-FER (5.0) -IMP 10.110.1 82.4/1.1/12.0/4.582.4 / 1.1 / 12.0 / 4.5 8.88.8 실시예 8Example 8 ZrN-FER(0.5)-IMPZrN-FER (0.5) -IMP 12.412.4 85.0/8.1/4.8/2.185.0 / 8.1 / 4.8 / 2.1 10.510.5 실시예 9Example 9 ZrN-FER(2.0)-IMPZrN-FER (2.0) -IMP 12.012.0 87.5/7.5/3.0/2.087.5 / 7.5 / 3.0 / 2.0 10.510.5 비교예 1Comparative Example 1 K-FER(0.5)-IEK-FER (0.5) -IE 3.63.6 34.8/39.1/4.7/21.334.8 / 39.1 / 4.7 / 21.3 1.31.3 비교예 2Comparative Example 2 MORMOR 12.312.3 5.9/40.1/5.3/48.75.9 / 40.1 / 5.3 / 48.7 0.70.7 비교예 3Comparative Example 3 ZSM5ZSM5 17.617.6 8.5/33.8/7.1/50.68.5 / 33.8 / 7.1 / 50.6 1.51.5 비교예 4Comparative Example 4 Zr-FER(10.0)-IMPZr-FER (10.0) -IMP 8.78.7 65.7/19.5/10.3/4.665.7 / 19.5 / 10.3 / 4.6 5.85.8 *MA: 메틸아세테이트, MeOH: 메탄올, 부산물은 주로 C1-C5의 탄화수소임 * MA: methyl acetate, MeOH: methanol, the by-products are mainly C 1 -C 5 hydrocarbons

제조예 1과 비교예 2 내지 3을 비교하였을 때, 주어진 반응조건 (CO/DME = 9, 220 ℃, 20 bar)에서는 제올라이트 중에서 H-페리어라이트 제올라이트가 가장 좋은 전환율과 선택도를 보여주고 있음을 확인할 수 있었다.
Comparing Preparation 1 and Comparative Examples 2 and 3, H-ferrierite zeolite exhibited the best conversion and selectivity among the zeolites under the given reaction conditions (CO / DME = 9, 220 ° C, 20 bar) .

또한, 페리어라이트 제올라이트를 활용하여 지르코늄을 다양한 함량으로 이온 교환 방법을 이용하여 함유시킨 촉매를 이용하여 실시예 1 내지 4와 같이 반응을 수행한 결과 부산물인 C1-C5의 생성이 억제되는 더욱 우수한 촉매 활성을 확인할 수 있었다.
In addition, the reaction was carried out in the same manner as in Examples 1 to 4 by using a catalyst in which zirconium was contained in various contents by using an ion exchange method using ferrierite zeolite, and as a result, the production of by-products C 1 -C 5 was suppressed A better catalytic activity could be confirmed.

실시예 5 내지 9의 경우에는 제조 방법을 이온 교환방법에서 담지법으로 변경하여 다양한 함량으로 지르코늄을 함유시킨 촉매를 제조하였으며, 이 경우에는 더욱 우수한 활성을 확인할 수 있었다. 또한 실시예 8 및 9에서 보인 바와 같이 동일한 촉매 제조 방법에서도 지르코늄(IV) 옥시나이트레이트 전구체 (ZrO(NO3)2·2H2O; zirconium(IV) oxynitrate dihydrate)보다는 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체 (ZrCl2O·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 사용하는 경우에 메틸아세테이트로의 선택성이 더 우수한 결과를 확인할 수 있었다.
In the case of Examples 5 to 9, a catalyst containing zirconium in various contents was prepared by changing the production method to the supported method by the ion exchange method. In this case, more excellent activity could be confirmed. Also as shown in Examples 8 and 9, in the same catalyst preparation method, the zirconium (IV) oxycitrate precursor (ZrO (NO 3 ) 2 .2H 2 O; zirconium (IV) oxynitrate dihydrate) (ZrCl 2 O · 8H 2 O; zirconium (IV) oxychloride octahydrate), the selectivity to methyl acetate was better.

그러나, 비교예 1과 같이 페리어라이트 표면의 산점을 조절하기 위하여 칼륨으로 전처리하는 경우에는 오히려 부산물의 생성이 증가하는 현상이 관찰되었으며, 지르코늄의 함량이 본 발명에서 제시하는 영역을 초과하여 제조한 비교예 4의 Zr-FER(10.0)-IMP 촉매상에서는 MA로의 선택성이 감소 및 부산물의 생성이 증가하는 현상이 관찰되었다.
However, as in Comparative Example 1, in the case of pretreating with potassium to control the acid sites on the surface of ferrierite, the formation of byproducts was rather increased, and when zirconium content exceeded the range suggested by the present invention On the Zr-FER (10.0) -IMP catalyst of Comparative Example 4, a decrease in selectivity to MA and an increase in the production of by-products were observed.

따라서 실시예 1 내지 9에 나타낸 바와 같이 지르코늄의 함량이 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부인 경우에 디메틸에테르 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트의 선택성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
Therefore, as shown in Examples 1 to 9, it was confirmed that when the content of zirconium was 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of ferrierite, the selectivity of methyl acetate by dimethylether carbonylation was excellent.

이상의 결과로부터, 제올라이트 중에서는 페리어라이트가 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 적합하며, 이를 지르코니움 전구체를 이용하여 특정의 함량으로 표면의 산점을 처리하는 경우에는 부산물의 생성 억제 및 안정성이 증대되는 효과를 확인할 수 있었다.
From the above results, it is found that ferrierite is suitable for the carbonylation reaction of dimethyl ether in zeolite, and when the acidic surface of the surface is treated with a specific content by using a zirconium precursor, the production inhibition and stability of by- .

Claims (6)

페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 포함하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매. A catalyst for direct synthesis of methyl acetate by carbonylation reaction of dimethyl ether containing perrierite pretreated with zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of ferrierite. 제1항에 있어서, 상기 페리어라이트는 SiO2/Al2O3 몰비가 10 내지 50인 H-form의 페리어라이트인 것을 특징으로 하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매.The method according to claim 1, wherein the ferrierite is a H-form ferrierite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 10 to 50. catalyst. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄이 포함된 페리어라이트는 지르코늄 전구체로서 지르코늄 나이트레이트 전구체, 지르코늄 클로라이드 전구체 및 지르코늄 옥시클로라이드 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매.The method according to claim 1, wherein the ferrierite containing zirconium is produced by using one or two selected from the group consisting of a zirconium nitrate precursor, a zirconium chloride precursor and a zirconium oxychloride precursor as a zirconium precursor Catalyst for Direct Synthesis of Methyl Acetate by Carbonylation of Dimethyl Ether. 제1항에 있어서, 상기 페리어라이트는 비표면적이 200 내지 600 m2/g 이고, SiO2/Al2O3 몰비가 10 내지 50인 것을 특징으로 하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매.The process according to claim 1, wherein the ferrierite has a specific surface area of 200 to 600 m 2 / g and a molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 of 10 to 50. Catalyst for direct synthesis of acetate. 지르코늄 전구체를 이온 교환 방법 또는 담지 방법으로 페리어라이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 지르코늄이 포함되도록 제조하는 단계 (단계 1); 및
상기 제조된 지르코늄으로 전처리된 페리어라이트를 300℃ 내지 700℃에서 소성하는 단계 (단계 2)를 포함하는,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매의 제조방법.
Preparing a zirconium precursor so as to contain zirconium in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of ferrierite by an ion exchange method or a supporting method (step 1); And
(Step 2) calcining the prepared ferrierite pretreated with zirconium at 300 ° C to 700 ° C.
A process for producing a catalyst for direct synthesis of methyl acetate by carbonylation reaction of dimethyl ether according to any one of claims 1 to 4.
제5항에 있어서, 상기 단계 1의 반응온도는 150℃ 내지 300℃ 및 반응압력은 5 bar 내지 30 bar의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸아세테이트 직접 합성용 촉매의 제조방법.



6. The process for the direct synthesis of methyl acetate according to claim 5, wherein the reaction temperature of step 1 is 150 to 300 DEG C and the reaction pressure is 5 to 30 bar. Gt;



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