KR101421187B1 - Preparation method for dimethyl carbonate by using greenhouse gases - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스의 개질반응을 통해 수득된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합가스를 어떠한 분리공정을 거치지 않고, 메탄올 합성에 직접 이용하고, 메탄올 합성 과정 중 화학양론적으로 메탄올 합성에 사용된 일산화탄소의 초과량은 디메틸카보네이트를 제조하고, 이 때 잔존하고 있는 일산화탄소를 분리하여 다른 용도의 출발물질로 제공할 수 있는 디메틸카보네이트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a gas mixture of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) obtained through a reforming reaction of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) The excess amount of carbon monoxide used in the synthesis of methanol stoichiometrically during the methanol synthesis process is used to prepare dimethyl carbonate and to separate the carbon monoxide remaining therefrom to provide dimethyl carbonate ≪ / RTI >

Description

온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 제조방법 {PREPARATION METHOD FOR DIMETHYL CARBONATE BY USING GREENHOUSE GASES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing dimethyl carbonate from a greenhouse gas,

본 발명은 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스의 개질반응을 통해 생성된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합가스를 어떠한 분리공정을 거치지 않고, 메탄올 합성에 직접 이용하고, 메탄올 합성 과정 중 화학양론적으로 메탄올 합성에 사용된 일산화탄소의 초과량은 디메틸카보네이트를 제조하고, 이 때 잔존하고 있는 일산화탄소를 분리하여 다른 용도의 출발물질로 제공할 수 있는 디메틸카보네이트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 개질하여 일산화탄소와 수소를 수득하는 단계; 상기 개질 단계에서 수득된 일산화탄소와 수소를 이용하여 메탄올을 합성하는 단계; 및 메탄올을 합성하는 단계에서 공급된 일산화탄소의 초과량을 이용하여 디메틸카보네이트를 합성하는 단계를 포함하는 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing a gas mixture of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) produced through the reforming reaction of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) The excess amount of carbon monoxide used in the synthesis of methanol stoichiometrically during the methanol synthesis process is used to prepare dimethyl carbonate and to separate the carbon monoxide remaining therefrom to provide dimethyl carbonate More particularly, the present invention relates to a method of reforming a mixed gas of carbon dioxide and methane to obtain carbon monoxide and hydrogen; Synthesizing methanol using carbon monoxide and hydrogen obtained in the reforming step; And synthesizing dimethyl carbonate by using an excess amount of carbon monoxide supplied in the step of synthesizing methanol. The present invention also relates to a process for producing dimethyl carbonate using a greenhouse gas.

지구 온난화(Global Warming)의 원인은 아직까지 정확히 밝혀진 바가 없지만, 온난화의 주요 원인으로 온실기체가 여겨진다. 사람의 활동으로 인한 대기 중의 이산화탄소 그리고 메탄, 수증기가 대표적인 온실기체이다. 특히 현대에 사용하기 시작한 프레온 가스는 온실 효과를 가장 크게 일으킨다. 이 온실 효과의 원인이 되는 기체를 온실 기체(Greenhouse Gases)라고 한다. 이러한 온실 기체들 중에 수증기도 있는데, 수증기는 구름의 형태로 태양빛을 반사하기도 하기 때문에 온실 효과에만 작용하는 것으로 볼 수는 없다. 따라서 지구 온난화의 원인이 되는 온실 기체로 볼 수 없으나 자연발생적인 온실 효과에 가장 큰 영향을 미치는 것은 사실이다.The cause of global warming has not been elucidated yet, but greenhouse gases are considered to be the main cause of global warming. Carbon dioxide, methane and water vapor in the atmosphere caused by human activities are representative greenhouse gases. In particular, Freon gas, which has started to be used in modern times, has the greatest greenhouse effect. Gases that cause this greenhouse effect are called greenhouse gases. Among these greenhouse gases, there is water vapor, which can not be seen as a greenhouse effect, since it reflects sunlight in the form of clouds. Therefore, it can not be regarded as a greenhouse gas that causes global warming, but it is the fact that it has the greatest influence on the spontaneous greenhouse effect.

이와 같이 지구온난화는 태양으로부터 열에너지를 전달받은 지표는 대기중으로 복사열을 방출하게 된다. 이 복사열의 일부는 우주로 빠져나가지만 일부는 대기 중의 온실가스에 잡혀서 빠져나가지 못하게 됨에 따라 지구의 온실화를 가져다 주게 된다. 온실가스 농도는 산업혁명 이전에는 일정하게 유지되었으나, 산업혁명 이후 화석에너지의 사용량 증가로 인해 대기 중의 온실가스 농도가 증가되었다. 이 온실가스는 복사열의 우주로의 방출을 방해함으로 대기의 온도를 상승시키는 결과에 따라 홍수, 가뭄, 혹한, 혹서 등 기상 이변이 더욱 빈번하고도 혹독해질 것으로 예상되며, 또한 기온 및 강수패턴의 변화는 산림과 해양생태계를 교란하고 식량과 수자원의 공급에 악영향을 미치면 말라리아 같은 열대병의 확산을 가져오게 될 확률이 높아졌다.In this way, global warming causes radiant heat to be released to the atmosphere by the heat energy transmitted from the sun. Some of this radiant heat escapes into space, but some of it is trapped by the greenhouse gases in the atmosphere, leading to a greenhouse effect on the planet. Greenhouse gas concentrations remained constant before the Industrial Revolution, but the concentration of greenhouse gases in the atmosphere increased due to increased use of fossil energy after the Industrial Revolution. This greenhouse gas is expected to become more frequent and severe due to floods, droughts, colds, and heatwaves, as the result of raising the temperature of the atmosphere by interfering with the emission of radiant heat into space, and also the change of temperature and precipitation pattern Have increased the likelihood of disturbing forests and marine ecosystems and adversely affecting the supply of food and water, leading to the spread of tropical diseases such as malaria.

여러 가지의 온실가스 중 대표적으로 이산화탄소와 메탄에 대해 설명하면 다음과 같다. Among the various greenhouse gases, carbon dioxide and methane are described as follows.

이산화탄소인 경우 이산화탄소가 한 번 방출하게 되면 대기 중에 오래 머무르게 되는데 현재 대기 중의 약 56%의 이산화탄소는 20세기에 방출된 것이라고 한다. 이산화탄소가 지구 온난화의 주범이라고 해서 온실 기체 중에 가장 열에너지를 붙들어 두는 능력이 크다는 것은 아니다. 열에너지를 붙들어 두는 능력은 다른 온실 기체에 비해서 약하나 그 양이 370 ppm 농도 이상으로 대기중에 매우 많다는 점 때문에 주된 원인이라고 하는 것이다.In the case of carbon dioxide, once the carbon dioxide is released, it will stay in the atmosphere for a long time. About 56% of the atmospheric carbon dioxide is released in the 20th century. Since carbon dioxide is the main cause of global warming, it does not mean that it has the greatest ability to hold the heat energy among the greenhouse gases. The ability to hold thermal energy is weaker than other greenhouse gases, but it is said to be the main reason for its abundance in the atmosphere, above 370 ppm.

전문가들은 직간접적인 효과를 합쳐서 지구 온난화 효과의 80%를 이산화탄소로 보고 있다. 산업화와 더불어 대기 중의 농도가 급증하게 된 기체가 바로 이산화탄소인데 이는 화석연료를 사용하는 발전소, 석유정제, 제철, 시멘트 및 화학공장 등에서 다량의 이산화탄소의 량이 늘어남에 기인한 것으로, 우리가 편함을 추구할 때 지구는 병들어가고 있는 안타까운 실정에 있다 할 수 있다.Experts view 80% of the global warming effect as carbon dioxide, directly or indirectly. In addition to industrialization, the gas that has increased in atmospheric concentrations is carbon dioxide, which is caused by the increase in the amount of carbon dioxide in fossil fuel-based power plants, petroleum refineries, steel mills, cement and chemical plants. When the earth is in a sick state it is sick.

온실가스 중의 메탄(CH4)인 경우 이산화탄소 다음으로 중요한 온실 기체라 할 수 있다. 메탄은 산소가 없는 환경에 사는 미생물이 만들어 내거나 썩어가는 쓰레기에서 발생하는 기체다. 심지어 우리의 방귀나 트림에도 메탄이 들어 있듯이 메탄은 대기에서 차지하는 비율은 1.5 ppm으로 매우 적은 양이지만 수세기 사이에 농도가 두 배로 늘어났다. 이와 같이 메탄의 발생원인 때문에 메탄의 농도가 늘어난 것은 인구의 증가와 관련이 있으며, 메탄은 이산화탄소보다 대기 중에 머무르는 시간은 훨씬 짧으나 열에너지를 붙들어 두는 능력은 이산화탄소는 60배나 크기 때문에 전문가들은 메탄이 온실 효과에 미치는 영향은 이산화탄소 다음으로 15~17% 정도로 추정하고 있다. 따라서 지구 온난화 문제는 인류에 닥친 중요한 숙제로서 인류를 위해 지구환경 보호를 위한 방법이 반드시 연구개발이 되어야 하며, 이산화탄소의 고부가가치화에 의한 녹색성장에 기여할 수 있는 전환기술(Reforming)이 필요하다 할 수 있다.In the case of methane (CH 4 ) in the greenhouse gas, carbon dioxide is the next most important greenhouse gas. Methane is a gas that is generated by microorganisms living in an oxygen-free environment or from garbage that rotates. Even as our farts and trims contain methane, the rate of methane in the atmosphere is very small at 1.5 ppm, but doubled over the centuries. The increase in methane concentration is related to the increase in population. Methane is much shorter in the atmosphere than carbon dioxide, but its capacity to hold heat energy is 60 times larger than that of carbon dioxide. , Which is estimated to be 15 ~ 17% after carbon dioxide. Therefore, the problem of global warming is an important homework for humanity. For humanity, the way to protect the global environment must be research and development. Reforming is needed to contribute to green growth by high value added carbon dioxide. have.

이산화탄소 전환기술 중 디메틸카보네이트의 합성은 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 재활용과 포스겐으로부터 디메틸카보네이트(DMC)를 합성해오던 기존의 유독성을 갖는 공정에서 값싸고, 부식성과 독성이 적은 이산화탄소로의 이용이라는 측면에서 큰 의미를 갖는다. 디메틸카보네이트의 화학식은 (CH3O)2CO 이며, 무색 투명한 액체로 carbonic dieter, carbonic acid ester라고도 불린다. 디메틸카보네이트의 녹는점과 끓는점은 각각 227, 363.3K 이고 비중 (d20 4)은 1.07, 점도는 0.625 cP(20)로 그 물리적 성질은 물과 비슷하다. 디메틸카보네이트의 용해도는 13.9g DMC/100g H2O, 4.2g H2O/100g DMC로 물에는 조금 녹고, 대부분의 유기용매에는 잘 녹는다. 또한 에스테르, 케톤에테르와 알콜과 같은 극성용매에 잘 녹으며 열분해에 강하여 623 K 까지도 안정한 물질이다. Among the carbon dioxide conversion technologies, the synthesis of dimethyl carbonate is considered to be inexpensive in terms of recycling carbon dioxide, which is the main cause of global warming, and the existing toxic process of synthesizing dimethyl carbonate (DMC) from phosgene, and its use as carbon dioxide which is less corrosive and less toxic . The formula for dimethyl carbonate is (CH 3 O) 2 CO, a colorless transparent liquid, also called carbonic diether, carbonic acid ester. Dimethyl carbonate has a melting point of 227 and a boiling point of 363.3 K, a specific gravity (d 20 4 ) of 1.07, and a viscosity of 0.625 cP (20). Its physical properties are similar to those of water. The solubility of dimethyl carbonate is 13.9 g DMC / 100 g H 2 O and 4.2 g H 2 O / 100 g DMC. It dissolves slightly in water and dissolves well in most organic solvents. It is also soluble in polar solvents such as esters, ketone ethers and alcohols. It is resistant to pyrolysis and stable up to 623 K.

최근 전자통신부품시장의 급성장과 자동차 산업의 발전과 더불어 환경친화적인 디메틸카보네이트 합성공정 개발이 이루어지고 있으며, 그 수요가 급격하게 증가하고 있다. 무독성이며 생분해성을 지닌 환경 친화적인 화학물질로서 메틸기와 카보닐기의 도입에 사용되며, 투명성 고분자인 방향족 폴리카보네이트(polycarbonate) 제조의 주요 원료로 사용되는 맹독성과 부식성이 강한 포스겐(phosgene)이나 메틸기 도입을 위한 디메틸설페이트(dimethyl sulfate)의 대체 시약으로 많은 관심과 주목을 받고 있고, 또한 디메틸카보네이트는 재충전용 리튬전지의 전도성 용매로서 사용되기도 한다. In recent years, with the rapid growth of the electronic communication parts market and the development of the automobile industry, environment friendly dimethyl carbonate synthesis process is being developed, and the demand is rapidly increasing. It is a non-toxic, biodegradable, environment-friendly chemical that is used for the introduction of methyl and carbonyl groups. It is used as a main raw material for producing aromatic polycarbonate which is a transparent polymer. It contains phosgene or methyl group which is highly toxic and highly corrosive. And dimethyl carbonate is also used as a conductive solvent for a rechargeable lithium battery.

특히, 디메틸카보네이트는 산소 함량이 53%나 되고 가솔린과 잘 희석되며 무해하고, 물에 잘 용해되지 않기 때문에 내연기관의 공해 저감을 위한 옥탄가 향상제로 사용 가능함으로서 현재 사용 중인 유해한 엠티비이(MTBE, methyl tertiarybutyl ether)의 대체 물질로도 고려되고 있을 뿐만 아니라, 폴리카보네이트(polycarbonate)와 폴리우레탄(polyurethane) 수지의 제조, 의약 및 농약의 중간체 합성과 전자부품 산업, 그리고 정밀화학 및 자동차 산업의 발전으로 인해 환경 친화적인 DMC의 수요량도 급격하게 증가하고 있다. Particularly, since dimethyl carbonate has an oxygen content of 53% and is well diluted with gasoline and is not harmful to water and can not be dissolved in water, it can be used as an octane number improver to reduce the pollution of the internal combustion engine. Thus, the harmful MTBE (methyl tertiarybutyl ether), as well as the production of polycarbonate and polyurethane resins, the synthesis of intermediates for medicines and pesticides, the development of the electronic components industry, and the fine chemical and automotive industries, The demand for friendly DMC is also rapidly increasing.

상업적으로 알려진 디메틸카보네이트의 제조방법은 액상 메탄올(Methanol) 산화법(Enichem, Italy), 메틸 나이트라이트(Methyl nitrite method, Ube, Japan)가 있으며, 에스테르교환법(Bayer, Germany), 기상메탄올산화법(Dow, USA) 등이 상용화 단계에 있고, 메탄올 카복시레이션(Carboxylation) 방법과 메탄올 이산화탄소 직접합성법 등이 연구되고 있다. 이산화탄소를 이용한 방법들 중에서 우레아(urea)와 메탄올의 반응이 있으며, 이 공정은 중간물질인 메틸카바메이트(methyl carbamate, MC)를 거쳐서 디메틸카보네이트가 생성되고, 반응 중에 함께 생성되는 암모니아는 재순환시켜 이산화탄소를 이용하고 있다. 이산화탄소를 직접 메탄올과 반응시키는 방법은 많은 연구가 이루어지고 있으나 아직까지 효율적인 촉매 등이 찾아지지 않아서 더욱 개발이 필요한 분야로서, 이 방법은 경제적이고 친환경적 이어서 개발이 기대가 되고 있다. The commercially available dimethyl carbonate can be prepared by a liquid phase methanol oxidation method (Enichem, Italy), a methyl nitrite method (Ube, Japan), an ester exchange method (Bayer, Germany), a gas phase methanol oxidation method (Dow, USA) are in the commercialization stage. Methanol carboxyation method and methanol carbon dioxide direct synthesis method are being studied. Among the processes using carbon dioxide, there is a reaction between urea and methanol. In this process, dimethyl carbonate is produced via an intermediate methyl carbamate (MC), and ammonia produced together during the reaction is recycled to form carbon dioxide . Although a lot of research has been carried out on the reaction of carbon dioxide directly with methanol, efficient catalysis has not been found so far, which is a field that needs further development. This method is economical and eco-friendly and development is expected.

지금까지 디메틸카보네이트(DMC)를 제조하기 위한 주요 제조방법 및 반응 메카니즘(Mechanism)은 하기 표 1과 같다.Main manufacturing methods and mechanism for producing dimethyl carbonate (DMC) are shown in Table 1 below.

Figure 112012078543453-pat00001
Figure 112012078543453-pat00001

또한 그 밖에 현재까지 본 발명과 관련되어 연구, 개발된 반응분리의 동시공정에 의한 디메틸카보네이트의 제조방법에 대한 선행기술을 살펴보면 다음과 같다. In addition, the prior art of the process for producing dimethyl carbonate by the simultaneous process of the reaction separation, which has been studied and developed in connection with the present invention, is as follows.

미국특허 공개번호 제2005-0033080호에서는 디알킬카보네이트의 제조방법 및 디아릴카보네이트와 폴리카보네이트의 제조공정 중의 디알킬카보네이트의 이용방법에 대해 제시하고 있는 바, 인용발명에서는 디알킬카보네이트, 알킬 클로로포메이트, 염산, 물, 일산화탄소가 포함된 혼합물을 염화구리(Copper chloride)로 구성된 촉매반응에 의해 디알킬카보네이트를 제조하는 방법인 반면 본원은 지구의 온난화를 방지하기 위하여 온실가스를 이용한 디메틸 카보네이트로 전환하기 위한 통합공정으로서 인용발명과 본원과의 발명의 목적은 물론 기술구성이 전혀 다름을 알 수 있다. U.S. Patent Application Publication No. 2005-0033080 discloses a process for producing a dialkyl carbonate and a method for using a dialkyl carbonate in the process of producing a diaryl carbonate and a polycarbonate. In the cited invention, a dialkyl carbonate, The present invention relates to a method for converting dialkyl carbonate into a dimethyl carbonate using a greenhouse gas in order to prevent global warming while a mixture containing mate, hydrochloric acid, water and carbon monoxide is produced by a catalytic reaction comprising copper chloride It can be understood that the invention of the cited invention and the technology of the present invention are completely different from the purpose of the invention.

미국특허 등록번호 제5,387,708호에서는 구리촉매를 이용한 디알킬카보네이트의 생성물을 제시하고 있는 바, 본원의 디메틸카보네이트를 제조하기 위하여 구리계열의 촉매를 사용하고 있음에 따라 기술구성이 다소 유사하다고 판단할 수 있으나, 본원의 경우 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스의 개질반응을 통해 생성된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합가스를 어떠한 분리공정을 거치지 않고, 메탄올 합성에 직접 이용하고, 메탄올 합성 과정 중 화학양론적으로 메탄올 합성에 사용된 일산화탄소의 초과량을 사용하여 디메틸카보네이트(Dimethyl Carbonate, DMC)를 제조하는 방법과는 기술구성이 전혀 다름을 알 수 있다.U.S. Patent No. 5,387,708 discloses a product of dialkyl carbonate using a copper catalyst. As a result, since a copper-based catalyst is used to produce the dimethyl carbonate of the present invention, it can be judged that the composition of the dialkyl carbonate is somewhat similar However, in this case, a mixed gas of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) generated through the reforming reaction of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) (DMC) by using an excess amount of carbon monoxide which is used stoichiometrically in the synthesis of methanol during the synthesis of methanol, which is completely different from the method for producing dimethyl carbonate (DMC).

미국특허 등록번호 제7,253,304호에서는 디알킬카보네이트와 할로겐화합물의 혼합물을 주기율표상의 VIII족에서 선택된 금속(촉매)이 존재 하에 일산화탄소와의 접촉단계에 의한 카보닐화 공정을 제시하고 있는 바, 인용발명에서 일산화탄소 접촉에 의한 카보닐화 공정을 제시하고 있음에 따라 본원의 발명과 유사하다고 판단할 수 있으나 본원인 경우 11족의 구리계열 또는 기타의 금속성분으로 구성된 촉매를 사용하고 있으며, 메탄과 이산화탄소의 온실가스를 이용한 DMC 전환을 위한 통합공정을 제시하고 있음에 따라 기술구성이 전혀 다름을 알 수 있다.U.S. Patent No. 7,253,304 discloses a carbonylation process in which a mixture of dialkyl carbonate and a halogen compound is contacted with carbon monoxide in the presence of a metal (catalyst) selected from Group VIII of the Periodic Table, However, in the case of the present invention, a catalyst composed of copper group or another metal group of group 11 is used. In this case, a catalyst composed of methane and carbon dioxide is used as a catalyst for the carbonylation process. It is shown that the technology structure is totally different due to the proposed integrated process for DMC conversion.

미국특허 등록번호 제7,799,940호에서는 촉매가 반응기 내부에 포함되도록 하고, 분리장비와 이동라인을 없애거나 줄이면서 디알킬카보네이트의 형성 방법을 제시하고 있는 바, 인용발명의 방법은 알카놀, 일산화탄소, 산소와 촉매가 포함된 반응물질로 구성되도록 하고, 기체 상부공간과 액체 몸체공간을 갖는 반응기에 촉매를 포함하고 있고, 반응기는 디알킬카보네이트와 수분이 포함된 조건에서 가동되며, 생성물은 디알킬카보네이트, 물을 포함하고 있고, 잔류 반응물은 반응기의 상부 공간에서 제거되고, 수세용 기류와 함께 싸이클론에 유입되는 기술구성을 갖고 있는 반면, 본원에서는 이산화탄소와 메탄이 혼합된 가스를 개질반응에 의해 일산화탄소와 수소를 생성시키고, 어떠한 분리공정을 거치지 않고, 메탄올과 디메틸카보네이트를 제조하기 위한 통합공정으로서 기술구성은 물론 최종 생성물이 전혀 다름을 알 수 있다. U.S. Patent No. 7,799,940 discloses a method of forming a dialkyl carbonate by allowing a catalyst to be contained in a reactor and eliminating or reducing the separation equipment and the transfer line, And a catalyst in a reactor having an upper space of the gas and a liquid body space, wherein the reactor is operated under conditions including a dialkyl carbonate and moisture, the product is a dialkyl carbonate, Water, and the residual reactant is removed from the upper space of the reactor and flows into the cyclone together with the water stream. On the other hand, in the present invention, the gas mixture of carbon dioxide and methane is reformed by carbon monoxide Hydrogen is produced, and methanol and dimethyl carbonate are produced without any separation process. An integrated process technology for the configuration as well as it can be seen that the end product differences at all.

미국특허 등록번호 제7,803,961호에서는 디메틸카보네이트의 제조공정을 제시하고 있는 바, 인용발명에서의 디알킬카보네이트의 형성방법은 알카놀, 잔류 디알킬카보네이트 및 잔류 아로마틱 화합물을 가지는 디아릴카보네이트 생성 반응으로부터 부산물 기류를 수득할 수 있는 공정을 포함하고 있으며, 부산물 기류는 최상의 알카놀 기류와 최상의 디알킬카보네이트 기류를 만들기 위하여 증류컬럼에 유입되도록 구성되며, 최상의 알카놀 기류는 산소, 일산화탄소와 증류컬럼에 유입된 2차 디알킬카보네이트를 형성시키기 위한 촉매와 반응하는 것으로 구성된 반면, 본원에서는 이산화탄소와 메탄이 혼합된 가스를 일산화탄소와 수소를 생성시켜 어떠한 공정을 수행하지 않고, 메탄올 합성에 직접 이용하고, 메탄올 합성 과정 중에 남아있는 과잉의 일산화탄소를 디메틸카보네이트를 제조하기 방법으로서 본원의 발명과 기술구성 및 사상이 전혀 다름을 알 수 있다. U.S. Patent No. 7,803,961 discloses a process for producing dimethyl carbonate. The process for forming a dialkyl carbonate in the cited invention is a process for producing a diaryl carbonate having an alkanol, a residual dialkyl carbonate and a residual aromatic compound, And the by-product stream is configured to flow into the distillation column to produce the best alkanol stream and the best dialkyl carbonate stream, wherein the best alkanol stream comprises oxygen, carbon monoxide and a stream of In the present invention, a gas mixture of carbon dioxide and methane is directly used for methanol synthesis without producing any carbon monoxide and hydrogen to form a secondary dialkyl carbonate, Surplus work remaining in A method for preparation of dimethyl carbonate, the carbon dioxide can be seen the difference at all invention and technology configuration and spirit of the invention.

S. T. King, Catalysis Today 33(1997), 173~182에서는 고체 이온교환된 CuY 타입의 촉매에 의한 디메틸카보네이트를 형성하기 위한 산화 카르보닐화에 대한 연구가 진행되었으며, 본 인용논문에서 디메틸카보네이트를 제조하기 위해서는 메탄올의 산화 카보닐화 과정 중 염화물(Chloride)이 반드시 필요하다고 지금까지 연구되어 왔으나, 본 논문의 저자는 촉매가 적절하게 준비된다면 이러한 반응을 하는데 제올라이트 촉매 중에 염화물이 존재하지 않아도 무관함을 확인하고, 질산구리(Cu(NO3)2) 수용액에 Zeolite Y를 이온교환한 ExY52와 ExLZ-20M의 촉매를 이용하여 메탄올의 가스상(gas相) 산화 카보닐화에 대한 촉매의 활성도를 확인한 연구로서 본원의 발명과의 목적은 물론 기술적 구성과 사상이 전혀 다름을 알 수 있다. In ST King, Catalysis Today 33 (1997), 173-182, a study has been conducted on the oxidation carbonylation to form dimethyl carbonate by a solid ion-exchanged CuY type catalyst. In this paper, The authors of this paper have confirmed that chlorides are indispensable even if there is no chloride present in the zeolite catalyst if the catalyst is properly prepared. , And ExLZ-20M catalysts in which Zeolite Y was ion-exchanged with an aqueous solution of copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 ), and the catalysts for the gas phase oxidation carbonylation of methanol were examined. It can be seen that the purpose of the invention, as well as the technical composition and ideology are completely different.

Steven A. Anderson, Thatcher W. Root, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 220(2004), 247~255에서는 고상 이온교환방법에 의해 준비된 Cu+X와 Cu+ZMS 제올라이트를 대상으로 디메틸카보네이트를 만들기 위한 메탄올의 카보닐화를 조사하기 위하여 Cu+ 제올라이트와 일산화탄소의 상호작용에 대해 초점을 두고 조사한 연구로서 본원의 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트 전환을 위한 통합공정과의 기술사상이 전혀 다른 것으로 판단된다.Cu + X and Cu + ZMS zeolites prepared by the solid-phase ion exchange method were used for methanol / water mixture of methanol and methanol for the production of dimethyl carbonate in Steven A. Anderson, Thatcher W. Root, Journal of Molecular Catalysis A: The investigation of the carbonylation of Cu + zeolite and carbon monoxide is focused on the interaction between carbon monoxide and carbon monoxide. It is judged that the technology is different from the integrated process for the conversion of dimethyl carbonate using greenhouse gas.

Steven A. Anderson and Thatcher W. Root, Journal of Catalysis, 217(2003), 396~405의 인용논문에서는 구리-제올라이트 촉매를 이용한 메탄올의 증기상 카보닐화에 대한 적외선분광기(FTIR) 연구와 정상상태의 동적연구 결과를 제시한 바, 본 인용논문에서는 고체상의 이온교환방법에 의해 준비된 Cu+X 제올라이트를 이용하여 메탄올 카보닐화의 동적연구를 수행함에 따라 본 발명의 디메틸카보네이트를 제조하기 위한 촉매와 유사하다고 판단할 수 있으나, 본 인용논문인 경우 단순히 Cu+X 제올라이트를 이용한 메탄올의 카보닐화에 대한 동적연구를 살펴본 반면, 본원에서는 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스의 개질반응을 통해 생성된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합가스를 어떠한 분리공정을 거치지 않고, 메탄올 합성에 직접 이용하고, 메탄올 합성 과정 중 화학양론적으로 메탄올 합성에 사용된 일산화탄소의 초과량은 디메틸카보네이트(Dimethyl Carbonate, DMC)를 제조하고, 이 때 잔존하고 있는 일산화탄소를 분리하여 다른 용도의 출발물질로 제공하기 위한 통합공정에 관한 것으로서 본원 발명의 목적은 물론 기술의 구성이 매우 다름을 알 수 있다.In a paper cited in Steven A. Anderson and Thatcher W. Root, Journal of Catalysis, 217 (2003), 396-405, an infrared spectroscopy (FTIR) study on vapor phase carbonylation of methanol using copper- As a result of the dynamic study, the present invention is similar to the catalyst for producing the dimethyl carbonate of the present invention by carrying out a dynamic study of methanol carbonylation using Cu + X zeolite prepared by a solid phase ion exchange method However, in this paper, we have investigated the dynamic study of carbonylation of methanol using Cu + X zeolite. In this paper, however, we have attempted to modify the carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) without any separation process, a gas mixture of the generated carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2), directly to the methanol synthesis through use, and methanol synthesis process The excess amount of carbon monoxide used in the synthesis of methanol stoichiometrically relates to an integrated process for preparing dimethyl carbonate (DMC) and separating the remaining carbon monoxide as a starting material for other uses, It can be seen that the purpose of the invention is of course very different from that of the technology.

Wang Yanji, Zhao Xinqiang, Yuan Baoguo, Zhang Bingchang and Cong Jinsheng, Applied Catalysis A: General 171(1998), 255~260의 인용논문에서는 대기압의 유동시스템에서 메탄올, 일산화탄소 및 산소로부터 디메틸카보네이트의 가스상 합성에 대한 연구를 제시한 바, 본 인용논문에서는 실험조건에 따라 제조된 촉매의 특성 및 반응성 평가와 비표면적이 다른 각각의 활성탄 지지체와 촉매의 성분이 다른 물질로 구성된 촉매를 이용한 디메틸카보네이트의 합성 과정 중 촉매 지지체의 성분, 알칼리금속 촉진제, 반응조건에 따른 디메틸카보네이트 합성반응의 조건을 살펴봄으로서, 본 발명의 일부 구성 부분에 포함될 수 있으나 본원의 발명의 목적과 전체적인 구성을 비교할 때 본 인용논문과 전혀 다름을 알 수 있다.In a cited paper by Wang Yanji, Zhao Xinqiang, Yuan Baoguo, Zhang Bingchang and Cong Jinsheng, Applied Catalysis A: General 171 (1998), 255-260, the gas- In this paper, the catalysts prepared according to the experimental conditions were evaluated in terms of their properties and reactivity, and catalysts in the course of the synthesis of dimethyl carbonate using catalysts composed of different active carbon supports and catalyst components having different specific surface areas The present invention can be included in a part of the present invention by examining the conditions of the reaction of dimethyl carbonate according to the components of the support, the alkali metal promoter and the reaction conditions. However, when comparing the purpose of the present invention with the overall constitution of the present invention, Able to know.

이와 같이 날로 증가되는 온실가스에 의해 현재와 같은 수준으로 온실가스의 배출이 지속된다면 전세계적으로 천문학적인 경제적 손실은 물론 기후변화에 의한 지구 생태계의 커다란 혼란을 가져다 줄 위기에 처해 있기 때문에 온실가스 배출 감축사업 내지는 자원화를 위한 온실가스의 전환기술이 반드시 필요하다 할 수 있다.If greenhouse gas emissions continue to increase to the present level due to ever-increasing greenhouse gas emissions, it will lead to huge chaos in global ecosystems due to climate change as well as astronomical economic losses worldwide. It is essential that greenhouse gas conversion technology for reduction projects or resources is indispensable.

예를 들어 살펴보면 최근 폐기물 매립장에서 발생하는 매립가스는 에너지 대체효과, 지구온난화 가스저감, 매립지의 경제적 활용이라는 배경 아래 자원화되고 있다. 매립가스는 유기성 폐기물의 분해과정에서 생기는 부산물로서 주성분은 메탄(CH4)와 이산화탄소(CO2)이다. 이를 에너지로 사용한다면 그만큼 화석연료의 사용을 줄이게 되므로 자원절약의 효과가 있다 할 수 있다. 지금까지 매립가스를 포함한 화석연료를 다량 소비하는 제철회사에서 온실가스를 이용한 자원화 방법에는 가스엔진, 가스터빈, 증기터빈 등의 전력생산을 들 수 있으며, 직접 연료로 사용하는 방법, 연료전지, 자동차 연료, 온실연료, 메탄올 생산, 수소제조, 액화천연가스로 전환 등 많은 방법들이 개발되었거나 연구 중에 있으나, 본 발명과 같이 이산화탄소와 메탄의 혼합가스부터 디메틸카보네이트를 제조하기 위한 통합공정이 아직 알려지지 않거나 매우 미진함에 따라 온실가스 저감을 위한 전환기술에 크게 기여할 수 없는 상황에 있다.For example, recently landfill gas from landfills has been recycled under the background of energy substitution effects, global warming gas reduction, and economic utilization of landfills. Landfill gas is a by-product of the decomposition process of organic wastes. Main components are methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ). If you use it as energy, it will reduce the use of fossil fuel, so it can save resources. So far, steelmaking companies that consume large amounts of fossil fuels, including landfill gas, can produce electricity from gas engines, gas turbines, steam turbines, etc., Many methods such as fuel, greenhouse fuel, methanol production, hydrogen production, and conversion to liquefied natural gas have been developed or are being studied. However, an integrated process for producing dimethyl carbonate from a mixed gas of carbon dioxide and methane as in the present invention is not yet known It is not possible to make a significant contribution to the conversion technology for reducing greenhouse gases.

또한 상기 인용발명 및 인용논문에서 살펴본 바와 같이 이산화탄소와 메탄이 혼합된 가스를 이용한 디메틸카보네이트를 제조하기 위한 종래의 방법들은 제조공정 중의 유독가스에 의한 인체에 유해를 가할 수 있으며, 대기환경에 크게 오염을 일으킬 수 있다는 문제점이 있을 뿐만 아니라 이에 대한 통합공정이 알려지지 않아 제조공정이 복잡하거나 많은 에너지를 필요로 함에 따라 경제성이 크게 떨어진다는 단점을 가지고 있다.
In addition, as described in the above cited invention and cited articles, the conventional methods for producing dimethyl carbonate using a gas mixture of carbon dioxide and methane can cause harm to the human body due to toxic gas during the manufacturing process, And the manufacturing process is complicated or requires a lot of energy because the integrated process is not known. Thus, the economical efficiency is greatly reduced.

본 발명의 목적은 정밀화학 및 자동차 산업과 그 밖의 메틸할라이드나 디메틸설페이트의 대체품으로 그의 수요량이 날로 증가되는 디메틸카보네이트의 화학물질을 이산화탄소나 메탄가스와 같은 온실가스를 이용하여 경제성이 우수하고, 유독가스 무방출에 의한 무해한 환경성을 유지하면서 고효율의 디메틸카보네이트의 전환기술로서, 가속화되는 지구 온난화에 의한 지구 환경의 문제를 보호하면서 고부가가치화에 의한 녹색 성장에 기여할 수 있는 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a process for producing dimethyl carbonate, which is a substitute for methyl halide or dimethyl sulfate in fine chemical and automobile industries, and other chemical substances whose demand is increased all the time, by using a greenhouse gas such as carbon dioxide or methane gas, Manufacture of dimethyl carbonate using greenhouse gas that can contribute to green growth by high value added while protecting the global environment caused by accelerated global warming as a high-efficiency conversion of dimethyl carbonate while maintaining harmless environment due to gas emission Method.

상기한 목적을 달성하기 위해, 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 개질하여 일산화탄소와 수소를 수득하는 단계; 상기 개질 단계에서 수득된 일산화탄소와 수소를 이용하여 메탄올을 합성하는 단계; 및 메탄올을 합성하는 단계에서 공급된 일산화탄소의 초과량을 이용하여 디메틸카보네이트를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, there is provided a method for producing carbon monoxide, comprising: modifying a mixed gas of carbon dioxide and methane to obtain carbon monoxide and hydrogen; Synthesizing methanol using carbon monoxide and hydrogen obtained in the reforming step; And synthesizing dimethyl carbonate by using an excess amount of carbon monoxide supplied in the step of synthesizing methanol. The present invention also provides a process for producing dimethyl carbonate.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명의 디메틸카보네이트의 제조방법은 디메틸카보네이트를 합성하는 단계에서 합성된 디메틸카보네이트의 생성물 중에 잔존하는 일산화탄소를 분리하고, 분리된 일산화탄소를 상이한 공정에 출발 물질로서 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the process for producing dimethyl carbonate according to the present invention comprises the steps of: separating carbon monoxide remaining in a product of dimethyl carbonate synthesized in the step of synthesizing dimethyl carbonate, separating the separated carbon monoxide as a starting material in a different process The method comprising the steps of:

또한, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 합성된 디메틸카보네이트의 생성물 중에 잔존하는 일산화탄소를 분리하는 단계는 유무기막 내지는 우회방법에 의해 일산화탄소를 분리하는 것이 바람직하다.
In one embodiment of the present invention, the step of separating the carbon monoxide remaining in the product of the synthesized dimethyl carbonate is preferably carried out by separating the carbon monoxide by the organic or inorganic film or the bypass method.

본 발명의 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 제조방법을 사용하는 경우 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스의 개질반응을 통해 생성된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합가스를 어떠한 분리공정을 거치지 않고, 메탄올 합성에 직접 이용하고, 메탄올 합성 과정 중 화학양론적으로 메탄올 합성에 사용된 일산화탄소의 초과량은 디메틸카보네이트를 제조하고, 이 때 잔존하고 있는 일산화탄소를 분리하여 다른 용도의 출발물질로 제공할 수 있다.
A mixture of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO 2) and methane (CH 4) carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2) generated by the reforming reaction of the gas when using the production process of dimethyl carbonate with a greenhouse gas of the present invention The gas is directly used for the synthesis of methanol without any separation process, and the excess amount of carbon monoxide used in the synthesis of methanol stoichiometrically during the methanol synthesis process is used to produce dimethyl carbonate, and the remaining carbon monoxide is separated Can be provided as a starting material for use.

도 1은 본 발명의 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 디메틸카보네이트이 제조방법의 실시예에서 사용되는 회분식 반응시스템(도 2의 (A) 및 고정층 반응시스템(도 2의 (B)의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 통합공정도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a process for producing dimethyl carbonate using a greenhouse gas according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a photograph of the batch reaction system (FIG. 2 (A) and the fixed bed reaction system (FIG. 2 (B)) used in the embodiment of the process for producing dimethyl carbonate according to one embodiment of the present invention.
3 is an integrated process diagram for explaining an embodiment according to the present invention.

이하 본 발명의 디메틸카보네이트의 제조방법을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the method for producing dimethyl carbonate of the present invention will be described in detail.

우선, 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 개질하여 일산화탄소와 수소를 수득한다.First, a mixed gas of carbon dioxide and methane is reformed to obtain carbon monoxide and hydrogen.

본 발명의 디메틸카보네이트의 제조방법에서 개질(Reforming reaction) 단계는 온실가스를 이용하여 본 발명의 목적인 최종의 메탄올과 디메틸카보네이트로 전환하기 위하여 이의 출발물질인 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 생성시켜 수득하기 위한 단계로서, 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스는 가스의 유량을 조절할 수 있는 유량계(Flow meter)에 의해 고정층 타입의 반응기에 온실가스가 유입되고, 온실가스의 전환율을 극대화시키기 위하여 반응기 내부에는 촉매가 구성되고, 반응기의 가열온도 및 가열속도를 임의로 조절할 수 있도록 구성되며, 본 발명의 전체적인 공정은 컨트롤러(Controller)에 의해 작동되도록 구성된다. In the process for producing dimethyl carbonate according to the present invention, the reforming reaction step uses carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), which are starting materials, for converting the final methanol and dimethyl carbonate, which are the object of the present invention, (CO 2 ) and methane (CH 4 ), which are greenhouse gases, are introduced into a fixed bed type reactor by a flow meter capable of controlling the flow rate of the gases, In order to maximize the conversion rate of the gas, a catalyst is formed in the reactor, and the heating temperature and the heating rate of the reactor are arbitrarily adjusted. The overall process of the present invention is configured to be operated by a controller.

이 때 이산화탄소와 메탄가스의 유입량은 큰 제한을 두지 않으며, 반응기의 크기나 반응에 필요한 기타의 공정에 따라 유입량이 달라질 수 있으며, 본원의 기술구성에 의한 반응조건은 표 2와 같은 조건과 같이 온도, 압력, 공간속도의 조건에서 수행하는 것이 바람직하다 할 수 있다.At this time, the inflow amount of the carbon dioxide and the methane gas is not limited so much, and the inflow amount may be changed according to the size of the reactor or other processes required for the reaction. , Pressure, and space velocity.

Figure 112012078543453-pat00002
Figure 112012078543453-pat00002

표 2를 자세히 살펴보면 반응온도에 있어서, 500 ℃ 미만의 온도에서는 반응을 하기 위한 공급 반응 물질의 해리가 일어나지 않아 반응이 진행되지 않으며, 1200 ℃ 초과의 온도에서는 촉매의 활성물질인 활성금속과 담체와의 강한 결합력에 의하여 활성사이트가 감소함으로써 반응이 진행되지 않기 때문에 상기 표 1에서 제안한 온도범위의 반응온도를 선택하는 것이 바람직하다. 또한 반응압력에 있어서, 5MPa 초과의 압력에서는 압력을 유지하기 위한 높은 압력이 필요함에 따라 높은 초기 설치비용이 문제가 될 수 있으며, 또한 촉매와 반응물의 체류시간이 길기 때문에 탄소 침적이 용이하여 쉽게 비활성화가 될 수 있기 때문에 표 2에서 제안한 반응압력에 의해 개질화를 하는 것이 바람직하다 할 수 있다. 또한 500 mlg-1hr-1 미만의 공간속도에서는 촉매와 반응물의 긴 체류 시간의 의하여 탄소 침적이 용이하여 쉽게 비활성화가 되며, 300,000mlg-1hr-1 초과의 공간속도에서는 너무 빠른 체류시간 때문에 반응 시간이 짧아서 낮은 활성화도를 갖는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 표 2와 같은 반응조건에서 개질화하는 것이 바람직하다. As shown in Table 2, when the reaction temperature is lower than 500 ° C, dissociation of the feed reactant does not occur and reaction does not proceed. When the temperature exceeds 1200 ° C, the active metal, It is preferable to select the reaction temperature in the temperature range suggested in Table 1, since the reaction does not proceed. In addition, since a high pressure for maintaining the pressure at the pressure of 5 MPa or more is required at the reaction pressure, high initial installation cost may be a problem, and since the retention time of the catalyst and the reactant is long, It may be desirable to perform the reforming by the reaction pressure proposed in Table 2. In addition, at a space velocity of less than 500 mlg -1 hr -1 , the carbon deposition is easy due to the long residence time of the catalyst and the reactant, which makes it inactive easily. At a space velocity exceeding 300,000 mlg -1 hr -1 , It is preferable to carry out the reforming under the reaction conditions as shown in Table 2 since it has a disadvantage of having a short activation time and a short activation time.

상기 온실가스의 전환율을 극대화시키기 위하여 반응기 내부에 구성되는 촉매는 지지체(support)와 촉매성분으로 구성된다. 본 발명의 지지체는 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO, ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화세륨(CeO2), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화크롬(Cr2O3), 산화란타늄(La2O3), 알루민산마그네슘(MgAl2O4), 크롬산마그네슘(MgCr2O4), 크롬산아연(ZnCr2O4), 규산칼슘(CaSiO3, Ca2SiO4, Ca2SiO5), 규산(SiO2), 산화토륨(ThO2) 중 선택되어지는 1종 이상의 무기산화물로 구성된 촉매 지지체가 사용되어지고, 상기 촉매성분은 세륨(Ce), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 나켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이티륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 테크네튬(Tc), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드늄(Cd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 러더퍼듐(Rf), 더브늄(Db), 시보기움(Sg), 보륨(Bh), 마이터륨(Mt), 다름스타튬(Ds), Rg(륀트게늄), 퀴륨(Cm) 중 선택되어지는 1종 이상의 무기 산화물(Metal oxide)이 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 함침법 내지는 졸-겔방법(Sol-gel method)에 의해 촉매의 지지체에 대해 30 중량% 이하로 구성되는 것이 바람직하고, 담체물질과 활성화물질이 혼합되어 있는 성분의 함량으로 공침법에 의하여 제조할 수 있다.In order to maximize the conversion rate of the greenhouse gas, the catalyst formed in the reactor is composed of a support and a catalyst component. Support of the present invention include alumina (Al 2 O 3), magnesium oxide (MgO), titanium dioxide (TiO 2), zirconium oxide (ZrO, ZrO 2), calcium oxide (CaO), cerium oxide (CeO 2), strontium oxide (SrO), BaO, Cr 2 O 3 , La 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , MgCr 2 O 4 , ZnCr 2 O 4), calcium silicate (CaSiO 3, Ca 2 SiO 4 , Ca 2 SiO 5), silica (SiO 2), oxide thorium (ThO 2) and selected to be first used by a catalyst support consisting of at least one inorganic oxide of the And the catalyst component is at least one selected from the group consisting of Ce, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, ), Copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), rhodium (Rh) (Ag), cadmium (Cd), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir) Rudderpodium (Rf), At least one inorganic oxide selected from dibromide (Db), cybium (Sg), barium (Bh), miter (Mt), diffusstium (Ds), rg (Metal Oxide) may be used alone or in combination. It is preferably constituted by 30 wt% or less based on the support of the catalyst by the impregnation method or the sol-gel method, and the carrier material and the activating material It can be prepared by coprecipitation with the content of the mixed components.

다음으로, 상기 개질 단계에서 생성된 일산화탄소와 수소를 이용하여 메탄올을 합성한다.Next, methanol is synthesized using carbon monoxide and hydrogen generated in the reforming step.

상기 개질단계에서 수득된 일산화탄소와 수소를 이용하여 메탄올을 합성하는 메탄올 합성단계는 상기 온실가스의 개질단계에서 수득된 수소와 일산화탄소의 합성가스의 분리과정이 없이 메탄올 합성 시 직접 사용하여 많은 에너지 소모 및 낮은 순도의 물질 제조를 막기 위하여 생성된 일산화탄소와 수소의 합성가스를 직접적으로 메탄올 합성에 이용하기 위한 목적을 두고 있으며, 본 발명의 메탄올 합성단계는 본원의 최종적인 산출물인 디메틸카보네이트의 합성을 위해서는 온실가스의 개질단계를 통해 수득된 합성가스인 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가스를 이용한 메탄올 합성단계가 포함되도록 구성된다. The methanol synthesis step of synthesizing methanol using carbon monoxide and hydrogen obtained in the reforming step is directly used in the synthesis of methanol without the separation process of the synthesis gas of hydrogen and carbon monoxide obtained in the reforming step of the greenhouse gas, The objective of the present invention is to directly synthesize carbon monoxide and hydrogen, which are produced in order to prevent the production of substances of low purity, in the synthesis of methanol. In order to synthesize dimethyl carbonate, which is the final product of the present invention, And a step of synthesizing methanol using carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) gas obtained through the reforming step of the gas.

상기 개질단계에서 수득된 혼합가스는 일산화탄소와 수소 및 기타의 메탄올 생성에 불필요한 미반응 물질이 생성될 수 있으며, 이 중 분리과정이 필요 없는 일산화탄소와 수소가스는 후속 공정인 메탄올 합성공정에 이용되어 진다. 이 때 반응물인 이산화탄소와 메탄의 경우에 전환율을 100 %로 진행하여 합성가스 이외의 미반응 물질이 나오지 않도록 구성되고, 이를 통해 순수한 합성가스만 만들어질 수 있기 때문에 본 발명은 미반응 물질을 분리하는 공정이 필요치 않고, 짧은 공정을 통해 메탄올을 합성할 수 있음에 따라 미반응 물질의 분리를 위한 많은 에너지 소비와 낮은 순도의 메탄올의 제조를 막을 수 있다는 커다란 장점을 가지고 있다. The mixed gas obtained in the reforming step may generate carbon monoxide, hydrogen and other unreacted substances unnecessary for the production of methanol. Of these, carbon monoxide and hydrogen gas which are not required to be separated are used in the subsequent methanol synthesis process . In this case, in the case of carbon dioxide and methane as the reactants, the conversion rate is set to 100% so that unreacted substances other than the synthesis gas are not emitted. Thus, pure synthetic gas can be produced through the synthesis gas. Therefore, The process is not required, and since methanol can be synthesized through a short process, it has a great advantage that it can prevent a lot of energy consumption for separation of unreacted materials and manufacture of methanol with low purity.

본 발명에 따라 디메틸카보네이트를 제조하기 위해서 반응식 1과 같이 온실가스의 개질단계에 의해 2몰에 해당하는 일산화탄소와 수소의 합성가스가 생성되고, 이를 메탄올 합성단계에 이용한다. 이 때 메탄올 합성은 반응식 2와 같이 수소와 일산화탄소의 몰비가 2:1로 구성되어짐에 따라 개질단계에서 만들어진 2몰의 일산화탄소는 메탄올을 합성하는데 1몰이 소비되어 1몰에 해당하는 일산화탄소가 남게 된다. 이 때 남아있는 일산화탄소는 디메틸카보네이트 합성 시 외부로부터 추가적인 일산화탄소의 공급을 하지 않고, 디메틸카보네이트를 합성할 있다는 것이 본 발명의 또 다른 큰 장점이라 할 수 있다. In order to produce dimethyl carbonate according to the present invention, a synthesis gas of carbon monoxide and hydrogen corresponding to 2 moles is produced by the reforming step of the greenhouse gas as shown in Reaction Scheme 1, and this is used in the methanol synthesis step. At this time, as the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide is 2: 1 as in the reaction formula 2, 2 mol of carbon monoxide produced in the reforming step is consumed by 1 mol to synthesize methanol, leaving 1 mol of carbon monoxide. It is another great advantage of the present invention that the remaining carbon monoxide is synthesized with dimethyl carbonate without supplying additional carbon monoxide from the exterior during the synthesis of dimethyl carbonate.

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

CH4 + CO2 ⇔ 2CO + 2H2 CH 4 + CO 2 ⇔ 2CO + 2H 2

[반응식 2] [Reaction Scheme 2]

CO + 2H2 ⇔ CH3OHCO + 2H 2 ⇔ CH 3 OH

개질단계에서 수득된 일산화탄소와 수소를 이용하여 메탄올을 합성하는 메탄올 합성단계에 있어서 부산물의 생성을 억제하고, 메탄올의 수율을 향상시키기 위하여 촉매반응에 의해 다음과 같은 반응조건에서 합성하는 것이 바람직하다.It is preferable to synthesize methanol under the following reaction conditions by a catalytic reaction in order to inhibit the formation of by-products in the methanol synthesis step of synthesizing methanol using carbon monoxide and hydrogen obtained in the reforming step and to improve the yield of methanol.

상기 촉매반응에 의해 고수율의 메탄올 합성을 위한 촉매는 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO, ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화세륨(CeO2), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화크롬(Cr2O3), 산화란타늄(La2O3), 알루민산마그네슘(MgAl2O4), 크롬산마그네슘(MgCr2O4), 크롬산아연(ZnCr2O4), 규산칼슘(CaSiO3, Ca2SiO4, Ca2SiO5), 규산(SiO2), 산화토륨(ThO2) 중 선택되는 1종 이상으로 구성된 촉매 지지체에 세륨(Ce), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 나켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이티륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 테크네튬(Tc), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드늄(Cd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 러더퍼듐(Rf), 더브늄(Db), 시보기움(Sg), 보륨(Bh), 마이터륨(Mt), 다름스타튬(Ds), 륀트게늄(Rg), 퀴륨(Cm) 중 선택되는 1종 이상의 무기 산화물(Metal oxide)이 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 함침법 내지는 졸-겔방법(Sol-gel method)에 의해 촉매의 지지체에 대해 12 중량% 이하로 구성되어 지는 것이 바람직하고, 담체물질과 활성화물질이 혼합되어있는 성분의 함량으로 공침법에 의하여 제조할 수 있다.Catalysts for the synthesis of methanol at a high yield by the catalytic reaction include alumina (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 , ZrO 2 ), calcium oxide (CaO) (CeO 2 ), SrO, BaO, Cr 2 O 3 , La 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , magnesium chromate MgCr 2 O 4), zinc chromate (ZnCr 2 O 4), calcium silicate (CaSiO 3, Ca 2 SiO 4 , Ca 2 SiO 5), silica (SiO 2), oxide thorium (ThO 2) at least one member selected from (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), rhodium (Rh), palladium Ag, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, (Rf), dubium (Db At least one metal oxide selected from the group consisting of Sb, Sb, Bh, Mt, Ds, Rg, and Cm, It may be used alone or in combination, and it is preferably constituted by 12 wt% or less based on the support of the catalyst by the impregnation method or the sol-gel method, By the co-precipitation method.

온실가스의 개질반응에 의해 수득된 일산화탄소와 수소가 반응기 내부에 유입되고, 표 3과 같이 환원 분위기에서 180 내지는 550 ℃의 온도영역에서 가열하여 일산화탄소를 환원시킨 후 150 내지는 450 ℃의 반응 온도범위에서 25 kg/cm2 내지는 70 kg/cm2의 반응압력과 1,000 mlg-1hr- 1내지는 10,000 mlg-1hr-1의 공간속도에서 메탄올의 합성이 진행되며, 본 발명의 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 합성 전단계인 메탄올을 제공하기 위한 합성조건은 여러 가지의 제조환경이나 조건에 따라 달라질 수 있으며, 최적의 실험조건은 본 발명의 통합공정에 의해 일산화탄소의 전환율이 높은 합성조건으로 구동하는 것이 가장 바람직하다.The carbon monoxide and hydrogen obtained by the reforming reaction of the greenhouse gas are introduced into the reactor and heated in the reducing atmosphere at the temperature range of 180 to 550 ° C to reduce the carbon monoxide as shown in Table 3, 25 kg / cm 2 naejineun reaction pressure of 70 kg / cm 2 and 1,000 hr -1 mlg - the synthesis of methanol takes place in one naejineun space velocity of 10,000 hr -1 -1 mlg, dimethyl carbonate using a greenhouse gas of the present invention The synthesis conditions for providing methanol as a pre-stage of the synthesis may vary depending on various production environments and conditions, and it is most preferable to drive the synthesis conditions under the synthesis conditions in which the conversion rate of carbon monoxide is high by the integration process of the present invention Do.

Figure 112012078543453-pat00003
Figure 112012078543453-pat00003

본 발명에 따라 메탄올을 합성하기 위해서는 상기 표 3의 조건에 의해 회분식 내지는 연속식 방식을 이용할 수 있으며, 메탄올의 순도에 특별히 제한을 두지 않으면서 생성량을 높이기 위해서는 연속식 방식에 의한 합성방법을 이용하는 것이 유리하고, 고순도의 메탄올을 합성하기 위해서는 회분식에 의한 합성방법을 이용하는 것이 바람직하다.In order to synthesize methanol according to the present invention, a batch or continuous system may be used according to the conditions shown in Table 3. In order to increase the production amount without specifically limiting the purity of methanol, a synthesis method using a continuous system is used In order to synthesize an advantageous and high purity methanol, it is preferable to use a batch synthesis method.

다음으로, 메탄올을 합성하는 단계에서 공급된 일산화탄소의 초과량을 이용하여 디메틸카보네이트를 합성한다.Next, dimethyl carbonate is synthesized using an excess amount of carbon monoxide supplied in the step of synthesizing methanol.

온실가스를 이용한 디메틸카보네이트 전환을 위한 통합공정 중 상기 디메틸카보네이트 합성단계는 촉매의 존재 하에 메탄올의 산화카로보닐레이션에 의해 디메틸카보네이트가 제조된다. 이 때 최적의 디메틸카보네이트를 합성하기 위해서는 일산화탄소, 산소와 메탄올을 구리촉매 하에서 반응시켜서 높은 메탄올 전환율과 선택도를 가지고, 부식성이 낮은 아래의 화학식 1로 표시되는 디메틸카보네이트의 합성이 이루어진다. In the step of synthesizing the dimethyl carbonate in an integrated process for converting dimethyl carbonate using a greenhouse gas, dimethyl carbonate is produced by carbo-nitration of methanol in the presence of a catalyst. At this time, in order to synthesize the optimum dimethyl carbonate, the synthesis of dimethyl carbonate represented by the following formula (1) having low methanol conversion and selectivity and low corrosivity is carried out by reacting carbon monoxide, oxygen and methanol under a copper catalyst.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112012078543453-pat00004
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본 발명에 따라 디메틸카보네이트를 제조하기 위해서는 활성탄, 메조포러스 실리카(HMS silica, MCM-41, and SBA-15), Y 타입의 제올라이트, X 타입의 제올라이트, ZSM-5 타입의 제올라이트 중에 선택되어지는 담지체(Support)가 사용되어질 수 있으며, 촉매는 CuCl, CuCl2, PdCl2 중 선택되어지는 1종 이상의 염화구리 내지는 염화팔라듐의 성분이 선택될 수 있다. In order to produce dimethyl carbonate according to the present invention, activated carbon, mesoporous silica (MCM-41, and SBA-15), Y type zeolite, X type zeolite, zeolite selected from ZSM-5 type zeolite Support may be used, and the catalyst may be selected from one or more of copper chloride or palladium chloride selected from among CuCl, CuCl 2 and PdCl 2 .

본 발명에 의한 촉매의 량은 담지체에 대비하여 촉매의 성분이 2.5 중량% 내지는 30 중량% 범위 내에 이온교환방식 내지는 담지방법에 의해 담지체에 결합되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4.5 중량% 내지 25 중량 %가 포함되는 것이 유리하고, 가장 바람직하게는 8.5 중량% 내지 15 중량%가 포함되는 것이 유리한 바, 촉매의 성분이 2.5 중량% 미만으로 포함될 경우 촉매로서의 기능을 발휘하지 못하여 디메틸카보네이트의 수득률이 매우 저조하게 제공될 수 있으며, 촉매의 성분이 25 중량% 초과하여 포함될 경우 디메틸카보네이트를 합성하는 과정 중 높은 부식성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 가격이 고가인 촉매성분을 코팅할 경우 최종 디메틸카보네이트를 제조하기 위한 단가가 상승되어 가격 경쟁력을 상실할 수 있다는 문제점이 있기 때문에 상기 제안한 농도의 촉매를 담지체에 결합시키는 것이 바람직하다.The amount of the catalyst according to the present invention is preferably in the range of 2.5 wt% to 30 wt%, more preferably 4.5 wt% or less, relative to the carrier, by the ion exchange method or the loading method, To 25% by weight, and most preferably from 8.5% to 15% by weight. When the content of the catalyst is less than 2.5% by weight, the catalyst does not function as a catalyst and the content of dimethyl carbonate If the content of the catalyst is more than 25% by weight, it can provide high corrosiveness during the process of synthesizing dimethyl carbonate. In addition, when the catalyst component having a high price is coated, the final dimethyl carbonate There is a problem that the unit price for manufacturing the optical fiber is increased and the price competitiveness is lost. It is preferable to bond the catalyst of the suggested concentration to the carrier.

상기 담지체와 촉매는 담지체의 성분이나 촉매의 함량에 따라 디메틸카보네이트의 합성조건 및 결과가 달라질 수 있기 때문에 최상의 디메틸카보네이트의 수득률을 제공하기 위해서는 담지체의 종류와 촉매성분의 량을 적절히 조절하여 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면 구리가 치환된 Y타입의 제올라이트인 경우 DMC 합성에 특별히 활성이 있는 촉매로서, Cu-X타입의 제올라이트와 Cu-Y타입의 제올라이트인 경우 활성이 대체적으로 우수하며 Cu-ZSM-5 타입의 제올라이트나 Cu-MORD타입의 제올라이트인 경우 디메틸카보네이트를 합성하기 위한 활성이 낮고, 디메톡시메탄(DMM) 제조에 높은 선택도를 가질 수 있으며, 경우에 따라 Cu-X타입의 제올라이트가 Cu-ZSM-5 타입의 제올라이트 보다 활성이 높아질 수 있다. Since the synthesis conditions and results of the dimethyl carbonate may vary depending on the contents of the support and the catalyst, the support and the catalyst may be adjusted to suitably adjust the type of the support and the amount of the catalyst to provide the best yield of dimethyl carbonate It is preferable to select it. For example, in the case of copper-substituted Y-type zeolite, the catalyst is particularly active in the synthesis of DMC. Cu-X type zeolite and Cu-Y type zeolite generally have excellent activity and Cu- Zeolite or Cu-MORD type zeolite has low activity for the synthesis of dimethyl carbonate and has high selectivity for the production of dimethoxymethane (DMM). In some cases, the Cu-X type zeolite is converted into Cu-ZSM -5 < / RTI > type zeolite.

또한 액상의 조건에서 구리이온과 염화이온의 비율이 디메틸카보네이트의 선택도와 수율에 큰 영향을 줄 수 있음에 따라 구리가 치환된 Y타입의 제올라이트는 주로 기상반응에서 수행하는 것이 바람직하며, 이온 교환방식은 구리이온과 Y타입 제올라이트와의 양이온간 이온교한량은 한계가 있어 액상에서 제올라이트를 이용한 반응에는 한계가 있음에 따라 담지방법을 이용하여 구리이온량을 자유롭게 조절이 가능해지고 CuCl2의 사용과정에서 야기되는 부식성의 문제를 크게 완화시킬 수 있기 때문에 담지체와 촉매의 성분을 적절히 변경하여 사용하는 것이 바람직하다 할 수 있다.In addition, since the ratio of copper ion to chloride ion in the liquid phase may greatly affect the selectivity and yield of dimethyl carbonate, it is preferable that the Y-type zeolite substituted with copper is mainly carried out in a gas phase reaction, ion bridge hanryang between the cation of the copper ion and Y-type zeolite is there is a limit possible free copper ions using a method for supporting according to that the limit, the reaction with the zeolite in the liquid phase adjustment becomes caused in using the process of CuCl 2 It is preferable to appropriately change the components of the carrier and the catalyst.

본 발명에 의한 경제성 및 안정성을 제공하는 디메틸카보네이트(DMC)를 제공하기 위해서는, 디메틸카보네이트를 제조하기 위한 출발물질로 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 가스를 개질 반응기에 주입하여 개질반응에 의해 수득된 일산화탄소와 수소를 이용하여 합성된 메탄올과, 메탄올 합성단계에서 화학양론적으로 과잉으로 공급된 일산화탄소 및 산소의 가스 혼합물 몰비율이 메탄올(40~50 %), 일산화탄소(30~50 %), 산소(10~30 %)에 의해 만들어지고, 상기 3가지의 혼합물 중 메탄올과 일산화탄소의 2가지 물질은 본 발명의 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트의 제조과정 중 생성된 수득물에 의해 제공되며, 나머지 한가지의 산소(O2)는 외부로부터 공급되도록 구성된다. In order to provide dimethyl carbonate (DMC) which provides economy and stability according to the present invention, carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) gases, which are greenhouse gases, are introduced into a reforming reactor as starting materials for the production of dimethyl carbonate The molar ratio of the gas mixture of methanol synthesized using carbon monoxide and hydrogen obtained by the reforming reaction and carbon monoxide and oxygen stoichiometrically excessively supplied in the step of methanol synthesis is in the range of methanol to 40 to 50% 50%) and oxygen (10 to 30%), and the two materials of methanol and carbon monoxide in the three mixtures are provided by the product obtained during the production of dimethyl carbonate using the greenhouse gas of the present invention And the other oxygen (O 2 ) is supplied from the outside.

상기 3가지 혼합물이 촉매가 포함된 반응기에 유입되고, 회분식 내지는 연속식 방식에 의해 디메틸카보네이트가 합성되고, 이 때 디메틸카보네이트 합성을 위한 반응온도는 110 내지 185 ℃의 온도범위에서 합성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 120 내지 170 ℃의 온도범위에서 합성하는 것이 유리하고, 가장 바람직하게는 130 내지 150 ℃의 온도범위에서 합성하는 것이 유리한 바, 디메틸카보네이트를 합성하기 위한 반응온도가 110 ℃ 미만일 경우 활성이 미흡하여 디메틸카보네이트의 수득률이 크게 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 185 ℃ 초과의 반응온도일 경우 활성이 높아져 상대적으로 디메틸카보네이트의 수득률이 높아진다는 장점을 가지고 있으나, 온도상승에 따른 많은 에너지 소비에 따른 가격 경쟁력이 떨어질 뿐만 아니라 본 기술적 사상에 어긋남에 따라 상기 제한한 반응 온도범위에서 수행하는 것이 바람직하다. The three mixtures are introduced into a reactor containing a catalyst, and dimethyl carbonate is synthesized by a batch or continuous method. The reaction temperature for the synthesis of dimethyl carbonate is preferably in the range of 110 to 185 ° C , More preferably in the range of 120 to 170 ° C, and most preferably in the temperature range of 130 to 150 ° C. When the reaction temperature for synthesizing dimethyl carbonate is less than 110 ° C It has a disadvantage in that the activity is insufficient and the yield of dimethyl carbonate is greatly decreased. When the reaction temperature is higher than 185 ° C, the activity is increased and the yield of dimethyl carbonate is relatively increased. However, Not only will the price competitiveness deteriorate, It is preferable that the reaction is carried out within the above-mentioned limited reaction temperature range.

또한 디메틸카보네이트 합성을 위한 반응기의 압력은 25 내지 110기압의 조건에서 수행하는 것이 바람직한 바, 반응기의 압력이 25기압 미만일 경우 염화구리 촉매에 의한 부식성이 높아지고, 메탄올의 낮은 선택도에 의해 디메틸카보네이트의 생성율이 낮아진다는 문제점이 있으며, 110기압 초과의 고압반응기에서 반응할 때 염화구리 촉매에 의한 부식성이 낮아지고, 메탄올의 높은 전환율과 고선택도의 디메틸카보네이트가 제조된다는 큰 장점을 가지고 있으나, 고압반응기 가동에 필요한 안전장치는 물론 내구성 및 내화학성이 요구되는 커다란 장비가 요구됨에 따라 초기설비비가 많이 소요된다는 문제점이 있음에 따라 상기 제안한 압력에 의해 디메틸카보네이트를 제조하는 것이 바람직하다.The pressure of the reactor for the synthesis of dimethyl carbonate is preferably 25 to 110 atmospheres. If the pressure of the reactor is less than 25 atm, the corrosiveness of the catalyst is increased by copper chloride catalyst, and the selectivity of dimethyl carbonate There is a problem in that the generation rate is lowered. When the reaction is carried out in a high-pressure reactor exceeding 110 atmospheres, corrosiveness by the copper chloride catalyst is lowered and dimethyl carbonate having a high conversion ratio and high selectivity of methanol is produced. However, There is a problem that a large equipment requiring durability and chemical resistance is required as well as a safety device necessary for operation, so that it takes a lot of initial equipment cost, so it is preferable to produce dimethyl carbonate by the above-mentioned pressure.

다음으로, 디메틸카보네이트를 합성한 후, 합성된 디메틸카보네이트의 생성물 중에 잔존하는 일산화탄소를 분리한다.Next, after dimethyl carbonate is synthesized, carbon monoxide remaining in the synthesized product of dimethyl carbonate is separated.

온실가스를 이용하여 디메틸카보네이트를 제조하는 과정 중 상기 분리 단계는 합성된 디메틸카보네이트 생성물 중에 잔존하는 일산화탄소를 분리하기 위한 목적을 두고 있다. 본 발명에서 일산화탄소를 분리하기 위한 방법은 특별한 제한이 없으며 본 발명에 의해 만들어진 디메틸카보네이트를 물리화학적 변화를 제공하지 없으면서 디메틸카보네이트와 함께 공존하고 있는 일산화탄소를 쉽게 분리할 수 있는 방법이면 모두 가능하다 할 수 있다. 이를 위해서는 디메틸카보네이트와 일산화탄소의 응축 내지는 석출온도 차이를 이용한 분리방법을 이용할 수 있으며, 유기 내지는 무기막(Organic or Inorganic membrane)을 이용한 분리방법을 이용할 수 있으며, 반응기의 생성된 액상의 디메틸카보네이트에 함께 공존하고 있는 일산화탄소를 우회방법(By pass method)에 의하여 일산화탄소를 분리하고, 이를 일산화탄소가 필요한 공정에 재투입되도록 구성된다.
In the process of producing dimethyl carbonate using a greenhouse gas, the separation step is aimed at separating the carbon monoxide remaining in the synthesized dimethyl carbonate product. There is no particular limitation on the method for separating the carbon monoxide in the present invention. Any method can be used for separating the carbon monoxide coexisting with the dimethyl carbonate without providing the physicochemical change of the dimethyl carbonate produced by the present invention. have. For this purpose, a separation method using the difference in condensation or precipitation temperature between dimethyl carbonate and carbon monoxide can be used, and a separation method using an organic or inorganic membrane (organic or inorganic membrane) can be used. In addition, The co-existing carbon monoxide is separated by carbon monoxide by a by-pass method, and then the carbon monoxide is recycled to the process requiring carbon monoxide.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Such variations and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.

실시예Example 1 One

도 3에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 메탄의 유입량을 1 kmol/hr 속도로 반응기에 각각 유입시키고, 이 때 개질반응기 내부로 이산화탄소와 메탄의 반응물이 유입되기 전 1차 열교환기를 통해 10 ℃인 반응물을 827 ℃까지 가열을 해 주었으며, 개질반응기의 반응온도는 850 ℃로 설정하고, 이 때의 전환율은 이산화탄소 대비 100 %로 설정하였다. As shown in FIG. 3, the influent amount of carbon dioxide and methane is introduced into the reactor at a rate of 1 kmol / hr, and the reactant at 10 ° C is introduced into the reforming reactor through a primary heat exchanger before the reaction product of carbon dioxide and methane is introduced into the reforming reactor. The reaction temperature of the reforming reactor was set at 850 ° C, and the conversion rate at this time was set to 100% of the carbon dioxide.

개질반응기를 통해 수득한 생성물은 1차 교환기를 통해 150 ℃까지 냉각되도록 설정하였다. 1차 열교환기를 통해 냉각된 일산화탄소와 수소의 생성물은 2차 교환기를 통해 0 ℃까지 냉각되게 된다. 냉각된 일산화탄소와 수소의 혼합가스는 압축기를 통해 1 bar에서 메탄올 합성을 위해 51 bar까지 압력이 조절되도록 구성한다. 이 때 압축된 혼합가스는 온도가 755 ℃까지 상승하는데 온도상승에 의한 공정상의 문제점을 낮춰주기 위해 교환기에 의해 400 ℃까지 냉각시켜준다. 냉각된 혼합가스는 이송관을 통하여 메탄올 합성 반응기로 주입되게 구성된다. 메탄올 합성 반응기의 반응온도는 200 ℃이고, 반응압력은 50 bar로 설정하였고, 이 때의 전환율은 일산화탄소 대비 58 %로 설정하였다. 합성된 메탄올에는 일산화탄소와 메탄올이 함께 존재하게 된다. 디메틸카보네이트 합성을 위해 고압반응기에 메탄올과 일산화탄소를 주입하기 위하여 합성된 메탄올과 일산화탄소를 압축기를 통해 81 bar까지 압축시켜 주게 된다. The product obtained through the reforming reactor was set to cool down to 150 DEG C through a primary exchanger. The product of carbon monoxide and hydrogen cooled through the primary heat exchanger is cooled to 0 ° C through the secondary exchanger. The mixture of cooled carbon monoxide and hydrogen is configured to regulate pressure from 1 bar through a compressor to 51 bar for methanol synthesis. At this time, the compressed gas mixture is cooled to 400 ° C. by the exchanger to lower the temperature rise to 755 ° C., thereby lowering the process problems due to the temperature rise. The cooled mixed gas is configured to be injected into a methanol synthesis reactor through a transfer tube. The reaction temperature of the methanol synthesis reactor was 200 ° C, the reaction pressure was set at 50 bar, and the conversion rate at this time was set to 58% of carbon monoxide. Carbon monoxide and methanol are present together in the synthesized methanol. In order to inject methanol and carbon monoxide into the high-pressure reactor for the synthesis of dimethyl carbonate, the synthesized methanol and carbon monoxide are compressed to 81 bar through a compressor.

압축기를 통해 압축된 메탄올과 일산화탄소는 이송관을 따라 디메틸카보네이트 합성 반응기로 주입되게 된다. 이때 산소의 이송관에 의해 주입되는 산소를 통해 디메틸카보네이트 합성을 위한 반응에 참여시키게 된다. 이 때 반응기의 조건은 140 ℃, 80 bar이며, 전환율은 메탄올 대비 61.8 % 로 설정하였다. 최종 디메틸카보네이트 합성 반응기를 통해 생산된 디메틸카보네이트는 0.309 kmol/hr의 양이 계산되었다. 이는 온실가스 반응물인 이산화탄소와 메탄 대비 약 16%의 디메틸카보네이트의 생산량을 수득할 수 있으며, 또한 반응 종류 후 잉여의 일산화탄소를 계산할 수가 있는데 일산화탄소는 이산화탄소와 메탄 대비 약 35% (0.691 kmol/hr) 가 생산되었다. 이를 통해 온실가스를 이용한 디메틸카보네이트 통합공정의 타당성을 살펴볼 수 있었다.
Methanol and carbon monoxide, which are compressed through the compressor, are injected into the dimethyl carbonate synthesis reactor along the feed pipe. At this time, oxygen is injected through the oxygen transfer tube to participate in the reaction for the synthesis of dimethyl carbonate. At this time, the conditions of the reactor were 140 ° C and 80 bar, and the conversion was set to 61.8% of methanol. The amount of dimethyl carbonate produced through the final dimethyl carbonate synthesis reactor was calculated to be 0.309 kmol / hr. It is possible to obtain the production of dimethyl carbonate about 16% of the carbon dioxide and methane reactant which is the greenhouse gas reactant, and the surplus carbon monoxide can be calculated after the reaction type. Carbon monoxide is about 35% (0.691 kmol / hr) Was produced. This demonstrates the feasibility of the integrated process of dimethyl carbonate using greenhouse gases.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 개질반응기 20: 열교환기
30: 공기압축기 40: 메탄올 합성반응기
50: 디메틸카보네이트 합성 반응기
60: 이산화탄소와 메탄올 공급
70: 디메틸카보네이트 생성물
1: 개질반응기로 원료를 주입하기 위한 이송라인
2: 개질 반응기를 통해 생성된 일산화탄소와 수소를 열교환기로 주입하기 위한 이송라인
3: 일산화탄소와 수소를 컴프레서로 주입하기 위한 이송라인
4: 컴프레서에서 배출되는 물질을 열교환기로 주입하기 위한 이송라인
5: 열교환기를 통해 냉각된 반응물을 메탄올 합성 반응기로 주입하기 위한 이송라인
6: 컴프레서를 통해 압축된 메탄올과 일산화탄소를 디메틸카보네이트 합성 반응기로 주입하기 위한 이송라인
7: 디메틸카보네이트 합성을 위해 산소를 주입하기 위한 이송라인
8: 최종 생성물인 디메틸카보네이트의 배출라인
CWCW-3: 각각 공정의 냉각수 라인
Description of the Related Art [0002]
10: reforming reactor 20: heat exchanger
30: air compressor 40: methanol synthesis reactor
50: Dimethyl carbonate synthesis reactor
60: Carbon dioxide and methanol supply
70: dimethyl carbonate product
1: transfer line for injecting the raw material into the reforming reactor
2: transfer line for injecting carbon monoxide and hydrogen generated through the reforming reactor into the heat exchanger
3: Transfer line for injecting carbon monoxide and hydrogen into the compressor
4: transfer line for injecting the material discharged from the compressor into the heat exchanger
5: transfer line for injecting the reactant cooled through the heat exchanger into the methanol synthesis reactor
6: Transfer line for injecting compressed methanol and carbon monoxide into the dimethyl carbonate synthesis reactor through the compressor
7: Transfer line for oxygen injection for dimethyl carbonate synthesis
8: Exhaust line of the final product, dimethyl carbonate
CWCW-3: Cooling water line of each process

Claims (9)

이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)의 혼합가스를 개질하여 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 수득하는 단계;
상기 개질 단계에서 수득된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 이용하여 메탄올(CH3OH)을 합성하는 단계; 및
메탄올(CH3OH)을 합성하는 단계에서 공급된 일산화탄소(CO)의 초과량을 이용하여 디메틸카보네이트를 합성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
Modifying a mixed gas of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) to obtain carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 );
Synthesizing methanol (CH 3 OH) using carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) obtained in the reforming step; And
Synthesizing dimethyl carbonate using an excess amount of carbon monoxide (CO) supplied in the step of synthesizing methanol (CH 3 OH);
≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제 1 항에 있어서, 디메틸카보네이트를 합성한 후, 합성된 디메틸카보네이트의 생성물 중에 잔존하는 일산화탄소를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
The process for producing dimethyl carbonate according to claim 1, further comprising the step of synthesizing dimethyl carbonate and then separating the carbon monoxide remaining in the product of the dimethyl carbonate produced.
제 2 항에 있어서, 분리된 일산화탄소를 상이한 공정에 출발 물질로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
3. The process of claim 2, further comprising providing separated carbon monoxide as a starting material in a different process.
제 1 항에 있어서, 상기 개질 단계는 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 500 내지 1,200 ℃의 반응온도와 0.1 내지 5.0 Mpa의 반응압력과 500 내지 300,000의 공간속도(mlg-1hr-1)에서 수소와 일산화탄소로 개질화시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the reforming step is performed in the step of modifying the mixed gas of carbon dioxide and methane at a reaction temperature of 500 to 1,200 ° C, a reaction pressure of 0.1 to 5.0 MPa, and a space velocity of 500 to 300,000 (mlg -1 hr -1 ) ≪ / RTI > is carried out by reforming it with carbon monoxide.
제 4 항에 있어서, 상기 개질 단계에서는 촉매는 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO, ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화세륨(CeO2), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화크롬(Cr2O3), 산화란타늄(La2O3), 알루민산마그네슘(MgAl2O4), 크롬산마그네슘(MgCr2O4), 크롬산아연(ZnCr2O4), 규산칼슘(CaSiO3, Ca2SiO4, Ca2SiO5), 규산(SiO2), 산화토륨(ThO2) 중 선택되는 1종 이상의 무기산화물의 촉매 지지체 및 세륨(Ce), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 나켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이티륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 테크네튬(Tc), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드늄(Cd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 러더퍼듐(Rf), 더브늄(Db), 시보기움(Sg), 보륨(Bh), 마이터륨(Mt), 다름스타튬(Ds), Rg(륀트게늄), 퀴륨(Cm) 중 선택되는 1종 이상의 무기 산화물 단독 또는 이의 혼합물의 촉매 성분을 포함하는 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
The method of claim 4, wherein the catalyst is selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 , ZrO 2 ), calcium oxide (CeO 2), strontium (SrO), barium (BaO), chromium oxide oxide (Cr 2 O 3), lanthanum oxide (La 2 O 3), aluminate magnesium (MgAl 2 O 4), chromic acid or magnesium (MgCr 2 O 4), zinc chromate (ZnCr 2 O 4), calcium silicate (CaSiO 3, Ca 2 SiO 4 , Ca 2 SiO 5), silica (SiO 2), oxide thorium (ThO 2) one or more selected from kinds of inorganic oxides A catalyst support and a catalyst support of cerium (Ce), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), rhodium ), Cadmium (Cd), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum Rf), hafnium (Db), hourly A catalyst component of at least one inorganic oxide selected from among Sg, Bh, Mt, Ds, Rg (germanium), and cerium (Cm) ≪ / RTI > is used as the catalyst.
제 1 항에 있어서, 상기 메탄올을 합성하는 단계는 개질 단계에서 수득된 일산화탄소와 수소를 반응기 내부로 유입하고 촉매의 존재하에 환원 분위기에서 180 내지 550℃의 온도영역에서 가열하여 일산화탄소를 환원 시킨 후 150 내지 450℃의 반응 온도범위에서 25 kg/cm2 내지 70 kg/cm2의 반응압력과 1,000 mlg-1hr-1 내지 10,000 mlg-1hr-1의 공간속도로 회분식에 의한 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step of synthesizing methanol comprises introducing carbon monoxide and hydrogen obtained in the reforming step into the reactor, heating the mixture in a reducing atmosphere at 180 to 550 ° C in the presence of a catalyst to reduce carbon monoxide, At a reaction temperature of 25 kg / cm 2 to 70 kg / cm 2 and at a space velocity of from 1,000 ml g -1 hr -1 to 10,000 g -1 hr -1 , ≪ / RTI >
제 6 항에 있어서, 상기 메탄올을 합성하는 단계는 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO, ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화세륨(CeO2), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화크롬(Cr2O3), 산화란타늄(La2O3), 알루민산마그네슘(MgAl2O4), 크롬산마그네슘(MgCr2O4), 크롬산아연(ZnCr2O4), 규산칼슘(CaSiO3, Ca2SiO4, Ca2SiO5), 규산(SiO2), 산화토륨(ThO2) 중 선택되어지는 1종 이상의 촉매 지지체 및 세륨(Ce), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 나켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이티륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 테크네튬(Tc), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드늄(Cd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 러더퍼듐(Rf), 더브늄(Db), 시보기움(Sg), 보륨(Bh), 마이터륨(Mt), 다름스타튬(Ds), 륀트게늄(Rg), 퀴륨(Cm) 중 선택되는 1종 이상의 무기 산화물 단독 또는 이의 혼합물의 포함하는 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
The method of claim 6, wherein the step of synthesizing methanol comprises the steps of: synthesizing alumina (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 , ZrO 2 ), calcium oxide cerium (CeO 2), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), chromium oxide (Cr 2 O 3), lanthanum oxide (La 2 O 3), aluminate magnesium (MgAl 2 O 4), chromic acid or magnesium (MgCr 2 O 4), zinc chromate (ZnCr 2 O 4), calcium silicate (CaSiO 3, Ca 2 SiO 4 , Ca 2 SiO 5), silica (SiO 2), oxide thorium (ThO 2) is selected from one or more of which A catalyst support and a catalyst support and a catalyst support made of cerium (Ce), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co) Cu, Zr, Yr, Zr, Nb, Mo, Tc, Rh, Pd, Ag, (Cd), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum ), Dubium (Db), cybium (Sg) , At least one or more inorganic oxides selected from the group consisting of boron (Bh), miter (Mt), diffusarium (Ds), ruthenium (Rg) and cerium (Cm) ≪ / RTI >
제 1 항에 있어서, 상기 디메틸카보네이트를 합성하는 단계에서는 활성탄, 메조포러스 실리카, Y 타입의 제올라이트, X 타입의 제올라이트 및 ZSM-5 타입의 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 담지체에 CuCl, CuCl2 및 PdCl2로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 염화구리 내지는 염화팔라듐이 담지된 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.
The method of claim 1, wherein in the step of synthesizing the dimethyl carbonate, CuCl, CuCl 2 and / or CuCl 2 are added to the support selected from the group consisting of activated carbon, mesoporous silica, Y type zeolite, X type zeolite and ZSM- PdCl 2 , or a catalyst in which at least one kind of copper chloride or palladium chloride is supported is used as a catalyst for the production of dimethyl carbonate.
제 2 항에 있어서, 합성된 디메틸카보네이트의 생성물 중에 잔존하는 일산화탄소를 분리하는 단계는 유무기막 내지는 우회방법에 의해 일산화탄소를 분리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디메틸카보네이트의 제조방법.3. The process for producing dimethyl carbonate according to claim 2, wherein the step of separating the carbon monoxide remaining in the product of the synthesized dimethyl carbonate is carried out by separating the carbon monoxide by the organic or inorganic film or the bypass method.
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