KR101431328B1 - Preparation method of ethanol through synthesis gas using a ferrieirite catalyst - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 이용하여 에탄올을 선택적으로 제조하기 위한 합성가스를 수소화 반응시켜 다이메틸에테르를 제조하는 단계(단계 1), 페리어라이트 촉매 존재하에서, 다이메틸에테르의 카르복시화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계(단계 2), 메틸아세테이트를 수소화 반응시켜 주생성물로서 에탄올 및 부산물로서 아세트산를 제조하는 단계(단계 3), 및 상기 단계 3의 주생성물인 에탄올과 부산물을 각각 분리하고, 분리된 부산물인 아세트산와 메탄올을 에스테르화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하고 이를 단계 3으로 재순환하는 단계(단계 4)를 포함하는 에탄올의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 촉매계로서 신규의 페리어라이트 촉매와 반응 공정 단순화를 위한 방법으로서 역전층(layer inversion) 유동층 기술을 도입하였으며 이를 통해서 에탄올을 고수율로 선택적으로 제조할 수 있으며, 카본 이용 효율을 증대할 수 있는 효과가 있다. 또한 상기 제조방법을 통해서 석유자원의 고갈에 따른 대체에너지 자원으로서 각광받고 있는 알코올 연료를 합성가스로부터 직접 촉매화학적이며 경제적인 전환 방법으로 제조할 수 있다.
The present invention relates to a process for producing dimethyl ether by hydrogenating a synthesis gas for selectively producing ethanol by using a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide (step 1) (Step 3) of producing ethanol as a main product and acetic acid as a by-product, and a step (3) of producing ethanol as a main product and a byproduct And separating the separated byproducts of acetic acid and methanol into an esterification reaction to prepare methyl acetate and recycling it to step 3 (step 4).
In the present invention, as a catalyst system, a novel ferrierite catalyst and a layer inversion fluidized bed technology have been introduced as a method for simplifying the reaction process, whereby ethanol can be selectively produced at a high yield and the efficiency of carbon utilization can be increased There is an effect. Also, an alcohol fuel, which is widely regarded as an alternative energy source due to depletion of petroleum resources, can be produced directly from syngas by a catalytic chemical and economical conversion method.

Description

페리어라이트 촉매를 사용하는 합성가스로부터 에탄올의 제조방법 {Preparation method of ethanol through synthesis gas using a ferrieirite catalyst}[0001] The present invention relates to a process for producing ethanol from a syngas using a ferrierite catalyst,

본 발명은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 이용하여 에탄올을 선택적으로 제조하기 위해서 일련의 반응 과정에 있어서 메틸아세테이트를 제조하는 단계에서 페리어라이트 촉매를 사용하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of using ferrierite catalysts in the step of producing methyl acetate in a series of reaction processes to selectively produce ethanol using synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide.

기존의 합성가스를 이용한 에탄올(EtOH) 합성 반응 중 촉매화학적 직접 전환 방법은 높은 부산물 생성에 의한 낮은 에탄올 수율의 문제점이 있으며, 상업화된 당의 발효에의한 에탄올 생산 방법은 일회 전환율로 인하여 수율이 낮은 문제점을 지니고 있다. The direct catalytic conversion of methanol to ethanol (EtOH) using conventional synthesis gas has a problem of low ethanol yield due to the formation of high byproducts, and the ethanol production method by commercial fermentation of sugars has a low yield due to a single conversion It has a problem.

특히, 합성가스의 직접 전환 반응에 주로 사용되는 귀금속계열의 촉매 및 구리계열의 촉매를 전처리하여 사용하는 방법에서는 다양한 알코올이 생성되어 분리 공정의 효율성이 감소하는 문제점 등이 보고되고 있다 [J. Catal. 261 (2009) 9-16, Catal. Today 120 (2007) 90-95, Fuel 86 (2007) 1298-1303]. 합성가스는 CO/H2/CO2가 포함되어 있는 가스로서 천연가스 등의 탄화수소를 이용한 리포밍 기술 [Chem. Rev. 2007, 107, 3952-3991] 및 석탄 및 바이오매스의 가스화를 통하여 생산되는 H2/CO 비가 1 이하로 낮으며 CO2가 과량으로 포함된 가스 등 다양한 조성으로 제조되어 사용이 가능하다. 특히, 제철 산업에서 발생하는 부생가스도 주로 CO/H2/CO2가 포함되어 있는 합성가스로써 이를 활용한 유용한 화학물질을 합성하는 기술 개발을 통하여 부생가스의 고부가화를 위한 연구가 다양하게 시도되고 있는 실정이다. Particularly, there is a problem in that a method of pretreating precious metal-based catalysts and copper-based catalysts, which are mainly used for the direct conversion reaction of synthesis gas, produces various alcohols and reduces the efficiency of the separation process [J. Catal. 261 (2009) 9-16, Catal. Today 120 (2007) 90-95, Fuel 86 (2007) 1298-1303]. The syngas is a gas containing CO / H 2 / CO 2 , which is reformed using hydrocarbons such as natural gas [Chem. Rev. 2007, 107, 3952-3991], and a gas having an H 2 / CO ratio of less than 1 produced through gasification of coal and biomass, and a gas containing an excessive amount of CO 2 . Especially, as a by-product gas in the steel industry, the synthesis gas containing mainly CO / H 2 / CO 2 is used as a synthesis gas. .

특히, 전세계적인 석유자원의 고갈에 따른 청정에너지 자원 개발의 중요성이 점차로 증대되면서 차세대 연료 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이와 병행하여 환경 개선을 위한 에탄올-휘발유의 혼합 연료 사용량이 점차로 증가할 것으로 예상되고 있다 [Licht F.O. "World Fuel Ethanol, analysis and outlook (2006)]. 따라서, 기존의 발효 기술을 이용하거나, 부생가스 등의 합성가스를 이용하여 에탄올 등의 유용한 고부가 화학물질을 합성하는 기술 (일례로서, LanzaTech 기술)과 비교하여 경제성이 우수한 새로운 기술 개발에 대한 요구가 점차로 증대되고 있는 실정이다.Particularly, as the development of clean energy resources becomes increasingly important due to the depletion of global petroleum resources, researches on next generation fuel development are being actively carried out. In parallel, the use of ethanol-gasoline mixture fuel for environmental improvement gradually increases Is expected to do [Licht FO (Eg, LanzaTech technology), which utilizes existing fermentation technology or synthesizes useful high value chemical substances such as ethanol by using syngas such as by-product gas, There is a growing demand for development of new technologies with excellent economy.

본 발명에서는 합성가스로부터 에탄올을 선택적으로 생산하기 위한 촉매공정을 개발하기 위하여 합성가스의 수소화 반응을 통한 다이메틸에테르(DME) 합성 단계, 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 (carboxylarion) 반응에 의한 메틸 아세테이트(MA)합성 단계 및 메틸 아세테이트의 수소화 반응을 통한 에탄올합성 단계를 포함하는 단위 촉매 반응 공정을 통하여 부산물 생성을 최소화하면서 에탄올을 선택적으로 합성하기 위한 촉매공정을 개발하고자 하였다.In the present invention, in order to develop a catalyst process for selectively producing ethanol from syngas, a step of synthesizing dimethyl ether (DME) through a hydrogenation reaction of synthesis gas, a step of synthesizing dimethyl ether (DME) by a carboxylarion reaction The aim of this study was to develop a catalytic process for the selective synthesis of ethanol while minimizing the formation of by - products through the unit catalytic reaction process including methyl acetate (MA) synthesis step and ethanol synthesis step by hydrogenation reaction of methyl acetate.

기존의 합성가스를 이용하여 에탄올을 합성하는 방법으로서, 다이메틸에테르(DME)를 이용하여 메틸 아세테이트(MA)를 합성하기 위한 반응과 관련된 연구 결과로는 모데나이트(mordenite) 촉매를 이용한 다이메틸에테르의 카르복시화 반응을 통한 메틸 아세테이트(MA) 합성 반응[Angew. Chem. Int. Ed. 45 (2006) 1617-1620] 및 합성가스를 직접 이용하여 다이메틸에테르(DME) 및 메틸 아세테이트(MA)를 합성하고 이를 이용하여 에탄올을 합성하기 위하여 Cu-ZnO/Mordenite 혼성촉매를 사용하는 반응[Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 5484-5488]에 관한 선행 연구 결과가 있다. 상기 연구 결과에서는 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 반응을 위하여 모데나이트(mordenite) 촉매를 이용하였으며, 특히 높은 CO/DME 비에서 메틸 아세테이트(MA)의 선택성이 우수하였으며, 메틸 아세테이트(MA)의 수소화(hydrogenation) 반응도 H2/MA의 비가 높을수록 유리한 결과를 보고하였다. As a result of studies on the synthesis of methyl acetate (MA) using dimethyl ether (DME) as a method for synthesizing ethanol using a conventional synthesis gas, dimethyl ether (DME) using a mordenite catalyst Methyl acetate (MA) synthesis reaction through the carboxylation reaction of [Angew. Chem. Int. Ed. (DME) and methyl acetate (MA) were synthesized by direct synthesis gas synthesis and the reaction using Cu-ZnO / Mordenite hybrid catalyst to synthesize ethanol using this synthesis gas [ Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 5484-5488]. The above results show that mordenite catalyst was used for the carboxylation reaction of dimethyl ether (DME), and the selectivity of methyl acetate (MA) was excellent especially at high CO / DME ratio. The hydrogenation reaction was more favorable as the ratio of H 2 / MA was higher.

이와 함께, 미국출원특허 2011-0124927에서는 선택적인 에탄올합성을 위한 공정 개념도를 제시하였는데, 바이오매스로부터 유래된 합성가스를 이용하여 다이메틸에테르(DME)를 합성하는 공정과 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 반응을 통한 메틸 아세테이트(MA) 합성 반응과 이를 활용한 수소화반응에 의한 에탄올 합성 공정과 미반응물의 재순환에 관한 내용을 보고하였으나, 관련 촉매 및 반응조건 등에 대한 내용은 포함되어 있지 않다.In addition, U.S. Patent Application No. 2011-0124927 proposes a process conceptual diagram for selective ethanol synthesis, which comprises the steps of synthesizing dimethyl ether (DME) using synthetic gas derived from biomass, The synthesis of methyl acetate (MA) through the carboxylation reaction and the hydrogenation reaction using it and the recycling of the unreacted materials have been reported, but the contents of related catalysts and reaction conditions are not included.

또한, 미국출원특허 2007-02705111 및 미국출원특허 2009-0221725에서는 에탄올 합성을 위한 방법으로서 메탄올(MeOH)을 반응물로 사용하여 메탄올, 메틸 아세테이트 및 아세트산 등의 혼합물을 Ir, Cu 또는 Rh 기반 촉매를 이용하여 합성하고 메틸아세테이트의 수소화 반응을 통하여 에탄올을 합성하는 방법을 보고하였으나, 자세한 촉매계 및 반응 조건에 대한 설명보다는 전체 공정에 대한 설명을 포함하고 있다. In addition, U.S. Patent Application No. 2007-02705111 and U.S. Patent Application No. 2009-0221725 disclose that a mixture of methanol, methyl acetate, acetic acid, and the like is reacted with Ir, Cu, or Rh-based catalyst using methanol (MeOH) And synthesized ethanol through hydrogenation of methyl acetate. However, the description of the whole process is included rather than the detailed description of the catalyst system and reaction conditions.

이에 본 발명자들은 부산물의 생성을 최소화하여 전체 반응 공정의 카본 이용 효율을 높이고 에탄올의 선택성을 증가시키기 위하여 연구하던 중, 메틸아세테이트를 제조하는 단계에서 페리어라이트 촉매를 사용하는 경우 에탄올의 선택성을 향상시킬 수 있으며, 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 반응과 메틸 아세테이트(MA)의 수소화 반응을 역전층(layer inversion) 유동층 기술의 도입을 통하여 하나의 통합화된 공정을 통하여 수행할 수 있으며 이를 통해서 카본 이용 효율 및 에탄올의 선택성을 크게 증대할 수 있다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
Therefore, the present inventors have studied to increase the carbon utilization efficiency and the selectivity of ethanol in the entire reaction process by minimizing the formation of byproducts, and in the stage of producing methyl acetate, the selectivity of ethanol And the carboxyation of dimethyl ether (DME) and the hydrogenation of methyl acetate (MA) can be carried out through a single integrated process through the introduction of a layer inversion fluidized bed technique, The efficiency and the selectivity of ethanol can be greatly increased. Thus, the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 이용하여 에탄올을 선택적으로 제조하기 위해서 일련의 반응 과정에 있어서 메틸아세테이트를 제조하는 단계에서 페리어라이트 촉매를 사용하는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method of using ferrierite catalyst in the step of producing methyl acetate in a series of reaction processes in order to selectively produce ethanol using synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide .

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 수소화 반응시켜 다이메틸에테르를 제조하는 단계(단계 1, R1); 페리어라이트 촉매 존재하에서, 다이메틸에테르를 카르복시화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계(단계 2, R2); 메틸아세테이트를 수소화 반응시켜 주생성물로서 에탄올 및 부산물로서 아세트산을 제조하는 단계(단계 3, R3); 및 상기 단계 3의 주생성물인 에탄올과 부산물을 각각 분리하고, 분리된 부산물인 아세트산과 메탄올을 에스테르화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하고 이를 단계 3으로 재순환하는 단계(단계 4, R4)를 포함하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법을 제공한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a process for producing dimethyl ether by hydrogenating a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide (Step 1, R1); In the presence of ferrierite catalyst, carboxymidation reaction of dimethyl ether to produce methyl acetate (step 2, R2); Hydrogenating methyl acetate to produce ethanol as a main product and acetic acid as a by-product (steps 3 and R3); And a step (4) of separating ethanol and a by-product, which are the main products of step 3, and recycling the separated by-products, acetic acid and methanol, to produce methyl acetate and recycling it to step 3 Lt; RTI ID = 0.0 > ethanol. ≪ / RTI >

상기 반응을 위한 반응물인 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소가 포함되어 있는 합성가스는 일반적인 방법인 천연가스 등의 탄화수소를 이용한 리포밍 기술 및 석탄 및 바이오매스의 가스화를 통하여 생산될 수 있으며, 또는 제철 산업에서 발생하는 부생가스를 활용하여 합성가스의 고부가화를 위한 방법으로도 활용할 수 있다. 제조되는 합성가스는 수소 대 일산화탄소의 몰 비가 0.8 내지 2.5인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
Synthetic gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, which are reactants for the above reaction, can be produced through reforming using hydrocarbon such as natural gas, which is a general method, and gasification of coal and biomass, It is also possible to utilize the byproduct gas as a method for increasing the amount of syngas. The synthesis gas to be produced preferably has a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide of 0.8 to 2.5.

상기 단계 1은 합성가스의 수소화 반응을 통하여 다이메틸에테르(DME; CH3OCH3)를 합성하는 반응(R1)으로서 기존에 알려진 혼성촉매 Cu-ZnO/Zeolites를 이용[Appl. Catal. B: Environ. 126 (2012) 1-8] 하여 용이하게 제조할 수 있다.
The above step 1 is a process for synthesizing dimethyl ether (DME; CH 3 OCH 3 ) through a hydrogenation reaction of syngas (R1) using known mixed catalyst Cu-ZnO / Zeolites [Appl. Catal. B: Environ. 126 (2012) 1-8].

상기 단계 2는 합성된 다이메틸에테르의 카르복시화 반응에 의한 메틸 아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하는 반응(R2)으로서 페리어라이트 촉매 존재하에서 반응을 진행시킨다. 페리어라이트 촉매를 이용하는 경우에는 보다 높은 메틸아세테이트 선택성을 확보할 수 있는 특징이 있다. 상기 단계 2의 생성물 중에서 메틸아세테이트의 비율은 80% 이상일 수 있다.
Step 2 is a reaction (R2) for synthesizing methyl acetate (MA; CH 3 COOCH 3 ) by the carboxylation reaction of the synthesized dimethyl ether in the presence of a ferrierite catalyst. In the case of using ferrierite catalyst, higher methyl acetate selectivity can be secured. The proportion of methyl acetate in the product of step 2 may be 80% or more.

상기 단계 3은 합성된 메틸아세테이트의 수소화 반응을 통하여 선택적으로 에탄올(CH3CH2OH)을 합성하는 반응(R3)으로서 기존에 알려진 Cu-ZnO 계열의 수소화 반응촉매를 이용하여 용이하게 전환이 가능하다.
Step 3 is a reaction (R3) for selectively synthesizing ethanol (CH 3 CH 2 OH) through hydrogenation of the synthesized methyl acetate. It can be easily converted using a conventional Cu-ZnO-based hydrogenation catalyst Do.

상기 단계 4는 추가공정으로서 메틸아세테이트의 수소화 반응과정에서 부산물로 주로 생성되는 아세트산(AA; CH3COOH)의 에스테르화 반응에 의해서 메틸아세테이트를 제조하고 이를 상기 단계 3으로 재순환하는 단계(R4)로서 메틸아세테이트를 추가로 합성하여 전체 공정의 카본 이용 효율을 증대하는 반응 공정이다. 각 반응 합성 단위공정의 반응식 및 특징은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Step 4 is a step (R4) of preparing methyl acetate by esterification reaction of acetic acid (AA; CH 3 COOH), which is mainly produced as a by-product in the hydrogenation reaction of methyl acetate, and recycling it to step 3 Methyl acetate is further synthesized to increase the carbon utilization efficiency of the entire process. The reaction scheme and characteristics of each reaction synthesis unit process can be expressed as follows.

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

-> Cu-ZnO/Zeolites 혼성 촉매 (T=200~250 ℃, P=30~50 bar)-> Cu-ZnO / Zeolites hybrid catalyst (T = 200 ~ 250 ℃, P = 30 ~ 50 bar)

(R2) DME 카르복시화 : CO + CH3OCH3 = CH3COOCH3 (R2) DME carboxy Chemistry: CO + CH 3 OCH 3 = CH 3 COOCH 3

-> 페리어라이트 촉매 (T=150~300 ℃, P=5~30 bar) -> Perrierite catalyst (T = 150 to 300 ° C, P = 5 to 30 bar)

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

-> Cu-ZnO 계열 촉매 또는 귀금속 담지 촉매 (T=150~300 ℃, P=5~30 bar) -> Cu-ZnO-based catalysts or noble metal-supported catalysts (T = 150 to 300 ° C, P = 5 to 30 bar)

(R4) 아세트산의 에스테르화 반응 : CH3COOH + CH3OH = CH3COOCH3 + H2O(R4) Esterification of acetic acid: CH 3 COOH + CH 3 OH = CH 3 COOCH 3 + H 2 O

-> 페리어라이트 촉매 (T=150~300 ℃, P=5~30 bar)
-> Perrierite catalyst (T = 150 to 300 ° C, P = 5 to 30 bar)

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

합성가스로부터 에탄올을 선택적으로 합성하기 위한 반응공정은 도 1에 도시한 바와 같이, 4개의 단위 반응 공정들로 구성될 수 있다.
The reaction process for selectively synthesizing ethanol from the syngas can be composed of four unit reaction processes as shown in FIG.

먼저, 상기 단계 1은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 반응물로 이용하여 DME를 합성하는 반응이다. 상기 반응은 메탄올(MeOH) 합성 및 후속의 메탄올 탈수 반응에 의한 DME 합성의 2단 공정 반응을 이용하거나, 또는 합성가스로부터 직접 DME를 합성하는 직접 반응 공정을 이용할 수 있으며 본 반응은 기존에 알려진 바와 같이 Cu-ZnO/Zeolites 혼성 촉매를 이용하여 반응 온도 T=200 내지 250 ℃ 및 반응 압력 P=30~50 bar의 조건에서 고정층 반응기 및 슬러리 반응기를 이용하여 반응을 진행할 수 있다. 본 반응의 생성물인 DME와 미반응물인 합성가스는 DME 분리 공정인 증류탑(S1)에서 DME와 미반응물인 합성가스를 분리하여 R2반응에 바로 사용할 수 있으며, 부산물인 메탄올은 DME 합성 반응기인 R1으로 재순환하여 DME 합성 반응에 사용이 가능하며, 일반적인 합성가스의 직접 DME 전환 반응에 대한 전환율 및 생성물 분포는 하기 표 1의 실시예 1 및 실시예 2에 나타내었다.
First, step 1 is a synthesis reaction of DME using a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide as a reactant. This reaction can be carried out using a two-step process of DME synthesis by synthesis of methanol (MeOH) and subsequent methanol dehydration reaction, or a direct reaction process of synthesizing DME directly from a synthesis gas. Likewise, the reaction can be carried out using a fixed-bed reactor and a slurry reactor at a reaction temperature of T = 200 to 250 ° C and a reaction pressure of P = 30 to 50 bar using Cu-ZnO / Zeolites hybrid catalyst. DME and unreacted synthesis gas can be directly used in the R2 reaction by separating DME and unreacted synthesis gas from the distillation column (S1), which is a DME separation process. As a byproduct, methanol is converted into DME synthesis reactor R1 The conversion and the product distribution for direct DME conversion of general synthesis gas are shown in Examples 1 and 2 of Table 1 below.

상기 단계 2는 페리어라이트 촉매 존재하에서, 분리공정에서 분리된 DME와 합성가스를 이용하여 DME의 카르복시화 반응에 의한 메틸 아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하는 촉매 반응공정이다. 상기 반응은 페리어라이트 촉매를 이용하여 반응온도 T=150~300 ℃와 반응 압력 P=5~30 bar의 조건에서 반응을 수행할 수 있다. DME의 카르복시화 반응 후에 분리공정 S2에서 생성물인 MA와 미반응물인 DME 및 합성가스를 분리하고, MA와 미반응물인 합성가스는 후속 공정인 MA의 수소화 반응(R3)으로 직접 도입하거나, 미반응물인 합성가스의 일부는 DME 합성 반응인 R1으로 재순환하여 사용할 수 있다. 이때 미반응물인 DME는 R2공정으로 재순환하여 DME의 카르복시화 반응에 사용하게 된다. 이 경우에 보다 높은 MA 선택성을 확보하기 위해서는 본 발명에서 제시하는 페리어라이트 촉매를 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, Zr이 1 내지 10중량%로 이온교환 또는 담지된 Zr-페리어라이트 촉매를 500 ℃에서 공기 분위기하에서 소성하여 본 반응에 사용할 수도 있다. 본 발명에서 제시하는 페리어라이트 촉매를 사용한 DME의 카르복시화 반응 결과는 하기의 실시예 3 및 실시예 4에 나타내었다. 또한, 비교를 위하여 선행 연구 결과고 보고된 모더나이트(mordenite) 촉매를 이용한 DME의 카르복시화 반응 결과는 비교예 1에 나타내었다.
Step 2 is a catalytic reaction process for synthesizing methyl acetate (MA; CH 3 COOCH 3 ) by DME carboxylation reaction using DME and syngas separated in the separation step in the presence of ferrierite catalyst. The reaction can be carried out at a reaction temperature of T = 150 to 300 ° C and a reaction pressure of P = 5 to 30 bar using a perryite catalyst. After the carboxylation reaction of DME, the product MA, the unreacted DME and the synthesis gas are separated in the separation step S2, and the MA and the synthesis gas as the unreacted product are directly introduced into the hydrogenation reaction (R3) of the subsequent process MA, Some of the syngas can be recycled to the DME synthesis reaction R1. At this time, the unreacted DME is recycled to the R2 process and used for the carboxyation reaction of DME. In this case, in order to secure a higher MA selectivity, the ferrierite catalyst proposed in the present invention can be selectively used. Further, a Zr-ferrierite catalyst in which Zr is ion-exchanged or supported at 1 to 10 wt% can be used in the present reaction by calcining at 500 ° C in an air atmosphere. The results of the car- boxylation reaction of DME using the ferrierite catalyst proposed in the present invention are shown in Examples 3 and 4 below. Also, the results of the carboxyation reaction of DME using mordenite catalyst reported in the previous study for comparison are shown in Comparative Example 1.

다음으로 상기 단계 3은 R2에서 생성된 MA의 수소화 반응을 통하여 에탄올(EtOH)을 생산하기 위한 촉매 공정으로서, 본 반응은 일반적으로 알려진 Cu-ZnO 촉매 및 귀금속이 담지된 촉매(Pt, Ru, Rh 등)를 사용할 수 있으며, DME의 카르복시화 반응과 유사한 반응 조건인 반응 온도 T=150~300 ℃, 및 반응 압력 P=5~30 bar의 조건에서 수소화 반응을 수행할 수 있다. MA의 수소화반응의 생성물은 S3의 분리공정을 거친 후에 주 생성물인 에탄올은 생성물로 분리되고, 미반응물인 합성가스는 재순환하여 R3 반응에 재사용할 수 있다. 또한, 부산물로 생성되는 메탄올은 DME 합성 반응에 사용하거나, 주요 부산물인 아세트산(AA)와의 에스테르화 반응을 통한 MA 생성 반응에 활용이 가능하다. 본 발명에서는 Cu-ZnO 계열의 일반적인 수소화 반응 촉매를 이용하여 MA의 수소화 반응을 수행하였으며, MA의 수소화 반응 결과는 하기의 실시예 5에 나타내었다.
Next, Step 3 is a catalytic process for producing ethanol (EtOH) through hydrogenation of MA generated in R2. This reaction is carried out by using a commonly known Cu-ZnO catalyst and a noble metal-supported catalyst (Pt, Ru, Rh Etc.). The hydrogenation reaction can be carried out under the reaction conditions similar to the carboxyation reaction of DME at a reaction temperature T = 150 to 300 ° C, and a reaction pressure P = 5 to 30 bar. The product of the hydrogenation reaction of MA is separated into the product, ethanol, which is the main product, after the separation process of S3, and the unreacted synthesis gas can be recycled and reused for the R3 reaction. In addition, methanol produced as a by-product can be used in the DME synthesis reaction or in the MA production reaction through the esterification reaction with acetic acid (AA) as a main by-product. In the present invention, the hydrogenation reaction of MA is performed using a general hydrogenation catalyst of Cu-ZnO series, and the hydrogenation reaction result of MA is shown in Example 5 below.

마지막으로, 상기 단계 4는 MA의 수소화 반응의 주요 부산물인 AA의 전환을 위한 에스테르화 반응으로서 이를 통하여 MA를 추가로 합성하여 전체 공정의 카본 이용 효율을 증대하는 방법을 도입하고자 하였다. 본 반응을 통하여 추가로 생성되는 MA는 R3반응 단계로 재순환이 가능하며, 일반적인 산촉매(sold-acid catalyst)인 제올라이트(ZSM5, 페리어라이트 및 모데나이트 등)를 이용하여 반응 온도 T=150~300 ℃와 반응 압력 P=5~30 bar의 반응조건에서 반응을 수행할 수 있다. 또한, Zr이 1~10중량%로 이온교환 또는 담지된 Zr-ferrierite 촉매를 500 ℃에서 공기 분위기하에서 소성하여 본 반응에 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 페리어라이트 산촉매를 이용하여 AA의 에스테르화 반응을 수행하였으며, 반응 결과는 하기의 실시예 6에 나타내었다.
Finally, step 4 is an esterification reaction for conversion of AA, which is a major by-product of the hydrogenation reaction of MA, through which MA is further synthesized to increase the carbon utilization efficiency of the entire process. MA produced through this reaction can be recycled to the R3 reaction stage and can be recycled by using a conventional zeolite (ZSM5, ferrierite, mordenite, etc.) And the reaction pressure P = 5 to 30 bar. In addition, a Zr-ferrierite catalyst in which Zr is ion-exchanged or supported at 1 to 10 wt% can be used in the present reaction by calcining at 500 DEG C under an air atmosphere. In the present invention, an esterification reaction of AA was carried out using a ferrierite acid catalyst. The reaction results are shown in Example 6 below.

상기에서 제시한 합성가스로부터 DME를 직접 합성하기 위한 반응(R1)은 Cu-ZnO/Zeolites 혼성 촉매를 이용하여 반응 온도 T=200~250 ℃ 및 반응 압력 P=30~50 bar의 조건에서 고정층 반응기 및 슬러리 반응기를 이용하여 반응을 진행할 수 있으며, DME를 이용한 에탄올 합성 반응인 R2, R3 및 R4 반응(단계 2 내지 단계 4)의 경우에는 반응 온도 T=150~300 ℃, 및 반응 압력 P=5~30 bar의 조건에서 페리어라이트 촉매 및 수소화 반응 촉매의 존재하에서 유동층 반응기 내에서 연속적으로 일어날 수 있다. 이 경우 상기 유동층 반응기의 하단부에는 1100 내지 1300 kg/m3의 밀도를 지니고 입자크기는 2.8 내지 3.5 mm 크기를 지니는 저밀도의 촉매 입자가 존재하고, 상단부에는 2300 내지 2600 kg/m3의 밀도를 지니고 입자크기는 0.3 내지 0.5 mm 크기를 지니는 고밀도의 촉매 입자가 존재한다. 역전층(layer inversion) 기술을 이용한 유동층 반응기를 적용한 반응공정은 도 2에 도시한 바와 같다.
The reaction (R1) for directly synthesizing DME from the above-described synthesis gas was carried out using a Cu-ZnO / Zeolite hybrid catalyst at a reaction temperature of T = 200 to 250 ° C and a reaction pressure of P = 30 to 50 bar. And a slurry reactor. In the case of the reactions R2, R3 and R4 (steps 2 to 4), which are ethanol synthesis reactions using DME, the reaction temperature T = 150 to 300 ° C and the reaction pressure P = 5 ≪ / RTI > in a fluidized bed reactor in the presence of a ferrierite catalyst and a hydrogenation catalyst at < RTI ID = 0.0 > In this case, the lower portion of the fluidized bed reactor has low density catalyst particles having a density of 1100 to 1300 kg / m 3 , a particle size of 2.8 to 3.5 mm, and a density of 2300 to 2600 kg / m 3 at the upper end There are high-density catalyst particles having a particle size of 0.3 to 0.5 mm in size. The reaction process using the fluidized bed reactor using the layer inversion technique is as shown in FIG.

본 발명의 역전층(layer inversion) 기술은 도 2에 도시한 바와 같이 서로 다른 밀도와 입자크기를 지니는 촉매를 동일 반응기에 사용하여 일정한 유속하에서 운전하는 경우, 저밀도이고 크기가 큰 입자는 유동층 반응기 하단 부분에 주로 분포하게 되고, 고밀도이고 크기가 작은 입자는 유동층 반응기 상단 부분에 주로 분포하게 되는 특징을 이용하여 두 가지의 반응을 한 유동층 반응기에서 동시에 수행할 수 있는 방법이다. 이를 위하여 저밀도의 촉매 입자는 1100 내지 1300 kg/m3의 밀도를 지니고, 입자크기는 2.8 내지 3.5 mm 크기를 지닐 필요성이 있으며, 고밀도의 촉매 입자는 2300 내지 2600 kg/m3의 밀도를 지니고, 입자크기는 0.3 내지 0.5 mm 크기를 지닐 필요성이 있다. 또한, 효과적인 역전층(layer inversion) 현상을 위해서는 공탑 유체 속도(superficial liquid velocity)는 30 내지 60 mm/s 정도의 범위에서 운전할 필요성이 있다.
2, when a catalyst having different densities and particle sizes as shown in FIG. 2 is used in the same reactor and operated at a constant flow rate, the particles having a low density and a large size are fed to the lower portion of the fluidized bed reactor And the high density and small size particles are mainly distributed in the upper part of the fluidized bed reactor, and can be carried out simultaneously in a fluidized bed reactor having two reactions. For this purpose, the low density catalyst particles have a density of 1100 to 1300 kg / m 3 , the particle size needs to be 2.8 to 3.5 mm, the high density catalyst particles have a density of 2300 to 2600 kg / m 3 , The particle size needs to be 0.3 to 0.5 mm in size. In addition, superficial liquid velocity needs to be operated in the range of about 30 to 60 mm / s for an effective layer inversion phenomenon.

이에 따르면 3개의 단위 반응 공정들(R2+R3+R4)을 한 개의 반응기로 구현할 수 있으며, 이를 통하여 단위 반응공정인 R2+R3+R4 반응의 통합을 통한 공정 효율 증대 및 카본 이용 효율을 증대할 수 있다. 이 경우 상기 유동층 반응기의 하단부에는 페리어라이트 촉매가 존재하며 다이메틸에테르를 카르복시화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계가 일어나고, 상기 유동층 반응기의 상단부에는 Cu-ZnO 계열의 수소화 반응용 촉매가 존재하며 메틸아세테이트를 수소화 반응시켜 에탄올을 제조하는 단계가 일어나고, 에탄올과 함께 부산물로서 제조된 아세트산를 상기 유동층 반응기의 하단부에 공급하여 페리어라이트 촉매 존재 하에서 에스테르화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계가 일어난다.
According to this, it is possible to implement three unit reaction processes (R2 + R3 + R4) in one reactor, thereby increasing the process efficiency and the carbon utilization efficiency by integrating the unit reaction process R2 + R3 + R4 . In this case, a ferrierite catalyst is present in the lower portion of the fluidized bed reactor, a step of carboxylating the dimethylether to produce methyl acetate takes place, and a Cu-ZnO-based catalyst for hydrogenation is present at the upper end of the fluidized bed reactor A step of hydrogenating methyl acetate to produce ethanol takes place and acetic acid prepared as a byproduct with ethanol is fed to the lower end of the fluidized bed reactor to perform esterification reaction in the presence of a ferrierite catalyst to produce methyl acetate.

즉, 본 발명에서 제시하는 반응에서는 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 이용하여 DME의 카르복시화 반응을 유동층 반응기 하단에서 수행하여 CO와 DME의 반응에 의한 MA를 선택적으로 생산하며, 유동층 반응기 상단에서 미반응물인 과량의 H2를 이용하여 MA의 수소화반응을 수행하여 에탄올을 생산할 수 있다. 따라서, 유동층 반응기 하단에서는 DME의 카르복시화 반응을 위한 촉매계로는 성형된 입자크기가 상기의 범위에 해당되는 페리어라이트 촉매를 사용하며 MA를 선택적으로 합성함과 동시에 AA의 에스테르화 반응을 동일 제올라이트 촉매상에서 주요 부산물인 메탄올과의 반응으로 MA 합성 반응을 진행할 수 있다. 또한, 유동층 반응기 상단에서 MA의 수소화 반응을 진행하여 에탄올을 합성하기 위한 촉매계로는 귀금속이 첨가된 수소화반응 촉매 (Ru. Rh. Pt 담지촉매) 또는 Cu-ZnO/Zeolites 혼성 촉매를 성형하여 사용할 수 있다.
That is, in the reaction proposed in the present invention, the synthesis of DM by the reaction of CO and DME is selectively carried out by performing the carboxylation reaction of DME at the lower end of the fluidized bed reactor using synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, At the top, MA can be hydrogenated using an excess of H 2, which is an unreacted material, to produce ethanol. Therefore, in the lower part of the fluidized bed reactor, a ferrierite catalyst having a particle size within the above range is used as a catalyst system for the carboxidation reaction of DME. MA is selectively synthesized, and the esterification reaction of AA is carried out in the same zeolite The MA synthesis reaction can be carried out by reaction with methanol, which is a major by-product on the catalyst. In addition, a hydrogenation catalyst (Ru.RT.Pt. Supported catalyst) or a Cu-ZnO / Zeolite hybrid catalyst to which noble metal is added can be used as a catalyst system for synthesizing ethanol by progressing the hydrogenation reaction of MA at the upper end of the fluidized bed reactor have.

본 발명에 따른 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법에 따르면, 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하기 위한 촉매계로서 신규의 페리어라이트 촉매와 반응 공정 단순화를 위한 방법으로서 역전층(layer inversion) 유동층 기술을 도입하였으며 이를 통해서 에탄올을 고수율로 선택적으로 제조할 수 있으며, 카본 이용 효율을 증대할 수 있는 효과가 있다. 또한 상기 제조방법을 통해서 석유자원의 고갈에 따른 대체에너지 자원으로서 각광받고 있는 알코올 연료를 합성가스로부터 직접 촉매화학적이며 경제적인 전환 방법으로 제조할 수 있다.
According to the method for selectively producing ethanol from the syngas according to the present invention, as a catalyst system for selectively producing ethanol from a syngas, a novel ferrierite catalyst and a layer inversion fluidized bed technology And ethanol can be selectively produced at a high yield, and the efficiency of carbon utilization can be increased. Also, an alcohol fuel, which is widely regarded as an alternative energy source due to depletion of petroleum resources, can be produced directly from syngas by a catalytic chemical and economical conversion method.

도 1은, 본 발명에 따른 합성가스로부터 에탄올을 선택적으로 생산하기 위한 촉매 반응 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 역전층(layer inversion) 기술을 이용한 유동층 반응기의 적용을 위한 개략도를 나타낸 것이다.
1 is a flow chart of a catalytic reaction process for selectively producing ethanol from a synthesis gas according to the present invention.
2 is a schematic diagram for application of a fluidized bed reactor using a layer inversion technique according to the present invention.

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.

실시예Example 1: 합성가스를 수소화 반응시켜  1: Hydrogenation of synthesis gas 다이메틸에테르(DME)를Dimethyl ether (DME) 제조 ( Produce ( R1R1 ))

합성가스로부터 디메틸에테르를 직접 합성하기 위한 촉매는 먼저, H-페리어라이트(ferrierite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g) 상에 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrCl2O·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 3 중량%의 지르코늄 금속이 함유되도록 제조하였으며, 상기 제조된 Zr-페리어라이트(ferrierite) 제올라이트 1.61 g의 슬러리상에서 아세트산구리수화물(Cu(C2H3O2)2·H2O) 5.05 g, 아세트산아연수화물(Zn(C2H3O2)2·2H2O) 4.31 g 및 질산알루미늄수화물(Al(NO3)3·9H2O) 2.94 g을 이용하여 혼성촉매를 제조하였으며 침전제로는 탄산나트륨 8.34 g을 사용하였다. 3 차 증류수에서 슬러리상인 Zr-페리어라이트 제올라이트에, 상기에서 제조된 금속 혼합용액과 침전제 용액을 동시에 천천히 주입하여 최종 pH를 7.5 내지 8.0으로 3시간 정도 유지하였으며, 이 후에 세척하고 필터링한 후에 12시간 이상 건조하고 350 ℃에서 5시간 공기 분위기하에서 소성하여 디메틸에테르 합성 촉매를 제조하였다.
The catalyst for the direct synthesis of dimethyl ether from the synthesis gas was prepared by first adding a zirconium (IV) oxychloride precursor (H 2 O) on H-ferrierite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / using; (ZrCl 2 O · 8H 2 O zirconium (IV) oxychloride octahydrate) was prepared to contain 3% by weight of zirconium metal, the prepared Zr- ferrierite (ferrierite) acetic acid on the slurry of the zeolite 1.61 g of copper monohydrate (Cu (C 2 H 3 O 2) 2 · H 2 O) 5.05 g, zinc acetate hydrate (Zn (C 2 H 3 O 2) 2 · 2H 2 O) 4.31 g and aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) was used as a catalyst and 8.34 g of sodium carbonate was used as a precipitant. In the third distilled water, the metal mixed solution and precipitant solution prepared above were simultaneously slowly injected into Zr-ferrierite zeolite which is a slurry phase, and the final pH was maintained at 7.5 to 8.0 for 3 hours. After that, after washing and filtering, 12 Hour, and calcined at 350 DEG C for 5 hours in an air atmosphere to prepare a dimethyl ether synthesis catalyst.

소성 후의 촉매상에서 Cu-Zn-Al계 산화물의 조성은 메탈옥사이드 기준으로 CuO 50 중량%, ZnO 40 중량%와 Al2O3 10 중량%이었으며, 지르코늄으로 처리된 페리어라이트 제올라이트 1 중량에 대하여 Cu-Zn-Al계 산화물은 2.3 중량비였다. 디메틸에테르 합성 반응 전에 250 ℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리한 후에, 반응은 고정층 반응기를 이용하였으며, 반응온도 250 ℃와 반응압력 40 kg/㎤, 공간속도 5500 h-1의 조건에서 반응물인 일산화탄소:수소:이산화탄소의 몰 비를 41%:38%: 21%의 비율로 고정하여 반응기로 주입하여 반응을 수행하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
The composition of the Cu-Zn-Al-based oxide on the catalyst after firing was 50 wt% of CuO, 40 wt% of ZnO and 10 wt% of Al 2 O 3 based on the metal oxide, -Zn-Al oxide was 2.3 weight ratio. The reaction was carried out in a fixed-bed reactor at a reaction temperature of 250 ° C, a reaction pressure of 40 kg / cm 3 and a space velocity of 5500 h -1 before the dimethyl ether synthesis reaction. The reaction was carried out under a hydrogen atmosphere at 250 ° C. for 4 hours. : The molar ratio of hydrogen: carbon dioxide was fixed at a ratio of 41%: 38%: 21% and injected into the reactor to perform the reaction. The results are shown in Table 1.

실시예Example 2: 합성가스를 수소화 반응시켜  2: Synthesis gas is hydrogenated 다이메틸에테르(DME)를Dimethyl ether (DME) 제조 ( Produce ( R1R1 ))

실시예 1과 사용하는 촉매를 다르게 하여 다이메틸에테르를 제조하였다. 합성가스로부터 다이메틸에테르(DME)를 직접 합성하기 위한 촉매로는 페리어라이트 촉매(NH3형태)를 500 ℃ 하에서 5시간 동안 소성 한 후, 페리어라이트 촉매(H형태)로 전환시킨 후에, 페리어라이트 촉매(H 형태, 1.52g)를 슬러리 상태로 유지하면서 Cupper nitrate(8.12g), Zinc Acetate(2.46g), Alumina nitrate(4.21g)를 포함한 수용액과 암모늄 카보네이트(16.71g)를 포함한 수용액을 동시에 일정한 속도로 1시간 동안 공침하여 제조하였으며, 이후에, 2시간 동안 70 ℃에서 숙성을 시킨 후에 24시간 동안 100 ℃에서 건조하고, 300 ℃에서 3시간 동안 소성하여 다이메틸에테르 합성 촉매를 제조하였다.
Dimethyl ether was prepared by varying the catalyst used in Example 1. As a catalyst for directly synthesizing dimethyl ether (DME) from a syngas, ferrierite catalyst (NH 3 form) was calcined at 500 ° C for 5 hours and then converted to ferrierite catalyst (form H) An aqueous solution containing cupper nitrate (8.12 g), Zinc Acetate (2.46 g), Alumina nitrate (4.21 g) and ammonium carbonate (16.71 g) while keeping the ferrierite catalyst (H form, , Followed by aging at 70 ° C for 2 hours, followed by drying at 100 ° C for 24 hours and calcining at 300 ° C for 3 hours to prepare a dimethyl ether synthesis catalyst Respectively.

제조된 촉매를 이용하여 환원 온도는 300 ℃ 에서 5시간 동안 환원 후에 반응을 진행하였다. 반응에 사용한 혼합가스의 조성 비율은 H2 = 62.8%, CO = 31.6% , N2=5.60%이며, 반응은 고정층 반응기를 이용하였으며, 반응기의 압력을 35bar로 유지하고 반응 온도는 250 ℃와 공간속도 2000 ml/g/h에서 20시간 반응을 진행한 후에 전환율 및 생성물 분포를 표 1에 나타내었다.
The reaction was carried out after reduction at 300 ℃ for 5 hours using the prepared catalyst. The composition ratio of the mixed gas used in the reaction was H 2 = 62.8%, CO = 31.6% and N 2 = 5.60%. The reaction was carried out using a fixed bed reactor and the pressure of the reactor was maintained at 35 bar. After the reaction was carried out at a rate of 2000 ml / g / h for 20 hours, conversion ratios and product distributions are shown in Table 1.

실시예Example 3:  3: 다이메틸에테르(DME)의Of dimethyl ether (DME) 카르복시화Carboxy 반응을 통한  Through the reaction 메틸아세테이트Methyl acetate 합성 반응 ( Synthetic reaction R2R2 ))

다이메틸에테르의 카르복시화 과정을 통한 메틸아세테이트를 합성하기 위한 방법으로서, H-페리어라이트(ferrierite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g)를 이용하여 500 ℃에서 3시간 소성 후에 반응에 사용하였으며, 다이메틸에테르의 카르복시화 반응 전에 N2를 이용하여 300 ℃에서 5시간 전처리하는 과정을 수행하였다. 반응은 고정층 반응기를 이용하였으며, 반응온도 220 ℃와 반응압력 20 kg/㎠, 공간속도 2000 L/kgcat/h의 조건에서 반응물인 CO:DME:N2의 몰 비를 45%:5%:50%의 비율로 고정하여 반응기로 주입하여 반응을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
As a method for synthesizing methyl acetate through the carboxylation process of dimethyl ether, a method of synthesizing methyl acetate using 500 g of ferricite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / g) For 3 hours and then pretreated with N 2 at 300 ° C for 5 hours before the carboxyation reaction of dimethyl ether. The molar ratio of reactant CO: DME: N 2 was 45%: 5%: 50 at a reaction temperature of 220 ° C and a reaction pressure of 20 kg / cm 2 and a space velocity of 2000 L / kg cat / %, And the reaction was carried out by injecting into the reactor. The results are shown in Table 1.

실시예Example 4:  4: 다이메틸에테르(DME)의Of dimethyl ether (DME) 카르복시화Carboxy 반응을 통한  Through the reaction 메틸아세테이트Methyl acetate 합성 반응 ( Synthetic reaction R2R2 ))

실시예 3과 사용하는 촉매를 다르게 하여 메틸아세테이트를 제조하였다. 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 과정에 의한 메틸아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하기 위한 방법으로서, H-페리어라이트(ferrierite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g) 상에 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 전구체(ZrCl2O·8H2O; zirconium(IV) oxychloride octahydrate)를 이용하여 0.5 중량%의 지르코늄 금속이 함유되도록 제조하였으며, 상기 제조된 Zr-페리어라이트(ferrierite) 제올라이트를 500 ℃에서 3시간 소성 후에 반응에 사용하였으며, 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 반응 전에 N2를 이용하여 300 ℃에서 5시간 전처리하는 과정을 수행하였다. 반응은 고정층 반응기를 이용하였으며, 반응온도 220 ℃와 반응압력 20 kg/㎠, 공간속도 2000 L/kgcat/h의 조건에서 반응물인 CO:DME:N2의 몰 비를 45%:5%:50%의 비율로 고정하여 반응기로 주입하여 반응을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
Methyl acetate was prepared by varying the catalyst used in Example 3. As a method for synthesizing methyl acetate (MA; CH 3 COOCH 3 ) by carboxymethylation of dimethyl ether (DME), H-ferrierite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / g) to zirconium (IV) oxychloride precursor (ZrCl 2 O · 8H 2 O ; zirconium (IV) phase using oxychloride octahydrate) was prepared to contain the zirconium metal of 0.5% by weight, the prepared Zr -ferrierite (ferrierite) was a zeolite at 500 3 hours after firing used in the reaction, it was carried out through the process of pre-treatment at 300 ℃ 5 hours using a N 2 before carboxymethyl reaction of dimethyl ether (DME). The molar ratio of reactant CO: DME: N 2 was 45%: 5%: 50 at a reaction temperature of 220 ° C and a reaction pressure of 20 kg / cm 2 and a space velocity of 2000 L / kg cat / %, And the reaction was carried out by injecting into the reactor. The results are shown in Table 1.

실시예Example 5:  5: 메틸아세테이트(MA)의Of methyl acetate (MA) 수소화 반응을 통한 에탄올 합성 반응 ( Synthesis of Ethanol by Hydrogenation R3R3 ))

메틸아세테이트(MA)의 수소화 반응을 통한 에탄올 합성을 위한 촉매로서, CuO-ZnO-Al2O3-Ga2O3-SrO계 촉매를 제조하기 위하여 구리, 아연, 알루미늄, 갈륨 및 스트론튬 전구체로는 아세트산구리수화물(Cu(C2H3O2)2·H2O) 13.52 g, 아세트산아연수화물(Zn(C2H3O2)2H2O) 6.83 g, 질산알루미늄수화물(Al(NO3)3·9H2O) 1.34 g, 질산갈륨수화물(Ga(NO3)3·H2O) 0.95 g 및 질산스트론튬화합물(Sr(NO3)2) 1.07 g을 500 mL의 3차 증류수에 동시에 녹인 금속 혼합용액을 준비하였으며, 침전제로는 탄산나트륨 13.17 g을 600 mL의 3차 증류수에 녹인 용액을 사용하였다.
As a catalyst for the synthesis of ethanol through hydrogenation of methyl acetate (MA), Cu, Zn, Al, Ga, and Strontium precursors were used to prepare CuO-ZnO-Al 2 O 3 -Ga 2 O 3 -SrO- copper acetate monohydrate (Cu (C 2 H 3 O 2) 2 · H 2 O) 13.52 g, zinc acetate hydrate (Zn (C 2 H 3 O 2) 2 · 2H 2 O) 6.83 g, aluminum nitrate hydrate (Al ( NO 3) 3 · 9H 2 O ) 1.34 g, gallium nitrate hydrate (Ga (NO 3) 3 · H 2 O) 0.95 g and strontium nitrate compound (Sr (NO 3) 2) 1.07 g of the distilled water of 500 mL , And a solution prepared by dissolving 13.17 g of sodium carbonate in 600 mL of tertiary distilled water was used as a precipitating agent.

70 ℃ 하에서, 플라스크에 3차 증류수 200 mL, 상기에서 제조된 금속 혼합용액 및 침전제 용액을 동시에 천천히 주입하여 최종 pH를 7.5 내지 8.0으로 유지하였다. 이때, 상기 혼합 용액은 70 ℃의 온도에서 3시간 정도 교반 하였으며, 제조된 촉매(CuO-ZnO-Al2O3-Ga2O3-SrO=58.0/29.7/3.15/3.49/5.66)는 2000 mL의 3차 증류수로 3회 이상 세척하고 필터링한 후에 100 ℃에서, 12시간 이상 건조하여 메탄올 합성용 촉매를 제조하였으며 최종 촉매의 비표면적은 123.7 m2/s 이었으며, CuO/ZnO 중량비는 1.95 이고, SrO/CuO 중량비는 0.098 이었다.
Under the condition of 70 DEG C, 200 mL of the third distilled water, the metal mixed solution and the precipitant solution prepared above were slowly injected simultaneously to maintain the final pH at 7.5 to 8.0. At this time, the mixed solution was stirred at a temperature of 70 ° C for about 3 hours. The prepared catalyst (CuO-ZnO-Al 2 O 3 -Ga 2 O 3 -SrO = 58.0 / 29.7 / 3.15 / 3.49 / 5.66) The final catalyst had a specific surface area of 123.7 m 2 / s, a weight ratio of CuO / ZnO of 1.95, and a specific surface area of 0.75 m 2 / s. The catalyst for methanol synthesis was prepared by drying at 100 ° C. for 12 hours or longer. The SrO / CuO weight ratio was 0.098.

이후에 촉매의 활성 실험을 위하여 분말 형태의 촉매를 사용하여 300 ℃에서 5시간 공기 분위기하에서 소성한 후에 반응기에 도입하였다. 반응을 시작하기 전에 250 ℃의 수소분위기 하에서 0.2 g의 촉매를 3시간 환원 처리한 후에, 반응은 고정층 반응기를 이용하였으며, 반응온도 250 ℃와 반응압력 10 kg/㎠, 공간속도 16000 L/kgcat/h의 조건에서 반응물인 수소/메틸아세테이트의 몰 비를 5/1의 비율로 고정하여 반응기로 주입하여 반응을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
The catalyst was then calcined at 300 ° C. for 5 hours in an air atmosphere using a catalyst in powder form and then introduced into the reactor. Before starting the reaction, 0.2 g of the catalyst was reduced for 3 hours under hydrogen atmosphere at 250 ° C., and then the reaction was carried out using a fixed bed reactor. The reaction temperature was 250 ° C. and the reaction pressure was 10 kg / cm 2 and the space velocity was 16000 L / h, the molar ratio of hydrogen / methyl acetate as a reactant was fixed at a ratio of 5/1 and injected into the reactor to perform the reaction. The results are shown in Table 1.

실시예Example 6: 아세트산( 6: Acetic acid ( AAAA )의 )of 에스테르화Esterification 반응에 의한  By reaction 메틸아세테이트Methyl acetate (( MAMA ) 합성 반응 () Synthesis Reaction ( R4R4 ))

아세트산의 에스테르화 반응에 의한 메틸아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하기 위한 방법으로서, H-페리어라이트(ferrierite, SiO2/Al2O3 = 20, 비표면적 = 400 m2/g)를 이용하여 500 ℃에서 3시간 소성 후에 반응에 사용하였으며, 아세트산(AA)의 에스테르화 반응 전에 N2를 이용하여 250 ℃에서 2시간 전처리하는 과정을 수행하였다. 반응은 액상의 슬러리 배치(batch) 반응기를 이용하였으며, 반응온도 120 ℃와 반응압력 1 kg/㎠, 교반속도 1000 rpm의 조건에서 반응물인 메탄올:아세트산 몰 비를 5:1의 비율로 고정하여 반응을 수행하였으며, 반응시간 5시간에서의 아세트산 전환율 및 메틸아세테이트 선택도를 표 1에 나타내었다.
As a method for synthesizing methyl acetate (MA; CH 3 COOCH 3 ) by esterification reaction of acetic acid, H-ferrierite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 20, specific surface area = 400 m 2 / g ) For 3 hours at 500 ° C. and pretreated with N 2 at 250 ° C. for 2 hours before the esterification reaction of acetic acid (AA). The reaction was carried out in a liquid phase slurry batch reactor, and the molar ratio of methanol: acetic acid as a reactant was fixed at a ratio of 5: 1 at a reaction temperature of 120 ° C, a reaction pressure of 1 kg / cm 2 and a stirring rate of 1000 rpm, And the conversion of acetic acid and the selectivity of methyl acetate at the reaction time of 5 hours are shown in Table 1.

실시예Example 7:  7: LayerLayer -- inversioninversion 기술을 이용한  Using technology 메틸아세테이트(MA)의Of methyl acetate (MA) 수소화 반응을 통한 에탄올 합성 반응 Ethanol synthesis reaction by hydrogenation reaction

합성가스를 이용하여 선택적으로 에탄올을 제조하기 위하여 layer inversion 특징을 나타내는 유동층 반응기를 사용하여 합성 반응을 시행하였다. 유동층 반응기는 서로 다른 밀도와 입자크기를 지니는 촉매를 동일 반응기에 사용하여 일정한 유속하에서 운전할 필요성이 있으며, 이를 위한 유동층 반응기에 사용하는 촉매의 특성 및 반응 조건은 다음과 같았다.
Synthesis reaction was carried out using a fluidized bed reactor, which exhibited layer inversion characteristics, to selectively produce ethanol using syngas. The fluidized bed reactor needs to be operated at a constant flow rate by using a catalyst having different density and particle size in the same reactor. The characteristics and reaction conditions of the catalyst used in the fluidized bed reactor are as follows.

먼저, layer inversion 특징을 나타내는 유동층 반응기에 적합한 촉매계를 이용하여 유동층 반응기의 하단부에는 주로 다이메틸에테르(DME)의 카르복시화 반응에 의한 메틸아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하기 위한 페리어라이트 촉매를 낮은 밀도를 지니는 큰 입자로 성형하여 유동층 반응기 하단 부분에 주로 분포하게 만들었다. 유동층 반응기 상단부에서는 미반응물인 H2를 이용하여 메틸아세테이트(MA)의 수소화 반응을 위한 Cu-ZnO 촉매를 고 밀도를 지니는 작은 입자로 성형하여 유동층 반응기 상단 부분에 주로 분포하게 하여 사용하였다.
First, by using a catalyst system suitable for a fluidized bed reactor showing layer inversion characteristics, a ferrierite for MA synthesis (MA: CH 3 COOCH 3 ) mainly by the carboxylation reaction of dimethyl ether (DME) The catalyst was formed into large particles with low density and distributed mainly in the lower part of the fluidized bed reactor. In the upper part of the fluidized bed reactor, Cu-ZnO catalyst for the hydrogenation reaction of methyl acetate (MA) was formed into small particles having high density by using H 2 as the unreacted material and mainly distributed in the upper part of the fluidized bed reactor.

본 실험에서는 cold-bed 유동층 반응기를 이용하여 낮은 밀도의 입자(페리어라이트에 해당되는 디메틸에테르의 카르복시화 반응용 촉매)는 1280 kg/m3의 밀도를 지니고 평균 입자크기는 3.3 mm 크기를 지니는 폴리머 비드 100 g을 사용하여 실험을 수행하였으며, 고 밀도의 입자(메틸 아세테이트의 수소화 반응용 촉매에 해당)는 2500 kg/m3의 밀도를 지니고, 평균 입자크기는 0.385 mm 크기를 지니는 금속산화물(sand) 100 g을 이용하여 유동층 반응기에서 layer inversion 특징을 관찰하였다. 이때 효과적인 layer inversion 현상을 유도하기 위하여 임계 유체 속도는 45 mm/s로 운전하였으며, 낮은 밀도 입자와 고 밀도 입자의 효과적인 layer inversion 특성을 관찰할 수 있었다.
In this experiment, a low-density particle (a catalyst for the carboxylation reaction of dimethyl ether corresponding to ferrierite) with a density of 1280 kg / m 3 and an average particle size of 3.3 mm High density particles (corresponding to a catalyst for the hydrogenation reaction of methyl acetate) of 25 g / m 3 and a mean particle size of 0.385 mm were prepared by using 100 g of polymer beads sand) was used to observe layer inversion characteristics in a fluidized bed reactor. In order to induce an effective layer inversion phenomenon, the critical fluid velocity was operated at 45 mm / s, and effective layer inversion characteristics of low density particles and high density particles were observed.

비교예Comparative Example 1:  One: 다이메틸에테르(DME)의Of dimethyl ether (DME) 카르복시화Carboxy 반응에 의한  By reaction 메틸아세테이트Methyl acetate 합성 반응 Synthetic reaction

다이메틸에테르의 카르복시화 반응에 의한 메틸아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하기 위한 방법으로서, 모데나이트(Mordenite, SiO2/Al2O3 = 25, 비표면적 = 350 m2/g)를 이용하여 500 ℃에서 3시간 소성 후에 반응에 사용하였으며, 다이메틸에테르의 카르복시화 반응 전에 N2를 이용하여 250 ℃에서 2시간 전처리하는 과정을 수행하였다. 반응은 반응온도 250 ℃와 반응압력 10 kg/㎠, 공간속도 2000 L/kgcat/h의 조건에서 반응물인 CO:DME:N2의 몰 비를 60%:6.7%:33.3%의 비율로 고정하여 반응기로 주입하여 반응을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(Mordenite, SiO 2 / Al 2 O 3 = 25, specific surface area = 350 m 2 / g) as a method for synthesizing methyl acetate (MA; CH 3 COOCH 3 ) by carboxyation reaction of dimethyl ether, Was used for the reaction after calcination at 500 ° C. for 3 hours. Pretreatment was carried out at 250 ° C. for 2 hours using N 2 before the carboxyation reaction of dimethyl ether. The reaction was carried out under the conditions of a reaction temperature of 250 ° C., a reaction pressure of 10 kg / cm 2 and a space velocity of 2000 L / kg cat / h, and the molar ratio of reactant CO: DME: N 2 was fixed at a ratio of 60%: 6.7%: 33.3% The reaction was carried out in a reactor, and the results are shown in Table 1.

구분division CO 전환율 (몰%)CO conversion (mol%) 카본 선택도
[MeOH/DME/CO2/부산물]
Carbon selectivity
[MeOH / DME / CO 2 / by-products]
수율 (몰 %)1)
(MeOH+DME)
Yield (mol%) 1)
(MeOH + DME)
실시예 1Example 1 49.149.1 7.8/58.2/33.7/0.37.8 / 58.2 / 33.7 / 0.3 32.432.4 실시예 2Example 2 32.832.8 4.6/83.0/5.8/6.54.6 / 83.0 / 5.8 / 6.5 27.227.2 구분division DME 전환율
(몰 %)
DME conversion rate
(Mol%)
카본 선택도
[MA/MeOH/CH4/기타 탄화수소]
Carbon selectivity
[MA / MeOH / CH 4 / other hydrocarbons;
수율 (몰 %)
(MA)
Yield (mol%)
(MA)
실시예 3Example 3 17.417.4 85.9/4.5/2.5/7.185.9 / 4.5 / 2.5 / 7.1 14.914.9 실시예 4Example 4 12.012.0 80.2/14.0/4.3/1.580.2 / 14.0 / 4.3 / 1.5 9.69.6 비교예 1Comparative Example 1 11.811.8 7.4/21.7/3.0/67.97.4 / 21.7 / 3.0 / 67.9 0.870.87 구분division MA 전환율 (몰 %)MA Conversion (mol%) 카본 선택도
[EtOH/MeOH/AA/기타 탄화수소
Carbon selectivity
[EtOH / MeOH / AA / other hydrocarbons
수율 (몰 %)
(EtOH)
Yield (mol%)
(EtOH)
실시예5Example 5 83.783.7 37.6/35.4/22.5/4.537.6 / 35.4 / 22.5 / 4.5 31.531.5 구분division AA 전환율 (몰 %)AA conversion (mol%) 카본 선택도
[MA/기타 탄화수소]
Carbon selectivity
[MA / other hydrocarbons]
수율 (몰 %)
(MA)
Yield (mol%)
(MA)
실시예 6Example 6 48.348.3 99.0/1.099.0 / 1.0 47.847.8 1) : 주생성물의 혼합 수율이며, 주요 부산물은 C1-C4의 탄화수소임1) is the mixed yield of the main product, the main by-product is the C 1 -C 4 hydrocarbon

상기 표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 방법에 따라서 합성가스로부터 에탄올을 직접 제조하는 촉매 공정에 있어서 실시예 1 및 실시예 2의 결과와 같이 합성가스의 수소화 반응을 통한 다이메틸에테르(DME; CH3OCH3) 합성 단위 공정(R1)의 촉매로는 Cu-ZnO/ferrierite 촉매가 활성이 우수하여 본 촉매 공정에 적용이 가능한 것으로 판단되었다.
As shown in the above Table 1, in the catalytic process for directly producing ethanol from the synthesis gas according to the method proposed in the present invention, dimethyl ether ( It is considered that Cu-ZnO / ferrierite catalyst is effective for the catalytic process of DME; CH 3 OCH 3 ) synthesis unit process (R1).

또한, 실시예 3 및 실시예 4의 경우와 같이, 다이메틸에테르의 카르복시화 반응에 의한 메틸아세테이트(MA; CH3COOCH3)를 합성하는 촉매 반응 공정(R2)에서는 기존에 보고된 비교예 1의 모데나이트(mordenite) 촉매와 비교하여 페리어라이트(ferrierite) 및 Zr-페리어라이트(Zr-ferrierite) 촉매의 활성이 우수한 결과를 확인하였으며, Zr-페리어라이트(Zr-ferrierite) 촉매의 경우에 페리어라이트(ferrierite)와 비교하여 다이메틸에테르 전환율 및 메틸아세테이트 선택성은 다소 감소하였지만, 재순환하여 다이메틸에테르 합성반응의 반응물로 사용이 가능한 메탄올의 선택성이 증가하여 부산물인 탄화수소의 생성이 크게 억제되는 효과를 얻을 수 있었다.
In the catalytic reaction step (R2) for synthesizing methyl acetate (MA; CH 3 COOCH 3 ) by the carboxyation reaction of dimethyl ether as in the cases of Examples 3 and 4, Ferrierite and Zr-ferrierite catalysts were found to be superior to mordenite catalysts of Zr-ferrierite catalysts. In the case of Zr-ferrierite catalysts, Compared with ferrierite, the conversion of dimethyl ether and the selectivity of methyl acetate were somewhat reduced, but the selectivity of methanol, which can be used as a reactant for the dimethyl ether synthesis reaction, The effect can be obtained.

본 반응에 사용된 페리어라이트 촉매는 메틸아세테이트의 수소화 반응 (R3) 반응의 주요 부산물인 아세트산(AA; CH3COOH)의 에스테르화 반응에 의한 메틸아세테이트 합성 촉매 반응 공정(R4)에서도 동일하게 사용할 수 있는 장점이 있는 것으로 실시예 6의 결과를 통하여 확인할 수 있었다.
The ferrierite catalyst used in the present reaction can be used in the same manner as in the methyl acetate synthesis catalyst reaction step (R4) by the esterification reaction of acetic acid (AA; CH 3 COOH), which is a main by-product of the hydrogenation reaction (R 3 ) It can be confirmed through the result of Example 6.

또한, 실시예 5에서 보인 바와 같이, 일반적으로 사용되는 R1 반응용 촉매 및 Cu-ZnO 촉매를 사용하는 경우에 메틸아세테이트의 수소화 반응을 통한 에탄올의 선택적 생산(R3)이 가능함을 확인할 수 있었다. 따라서, 반응 공정의 효율 증대 및 카본 이용 효율 증대를 위한 방법으로서 R2+R3+R4 반응을 통합한 공정 개발을 위하여 layer inversion 기술을 이용한 유동층 반응기의 적용이 가능한 기술을 개발하였다. 이를 통하여 석유 기반의 에너지 자원 대체 에너지 기술 개발이 가능한 대안책으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.
Further, as shown in Example 5, it was confirmed that the selective production (R3) of ethanol through the hydrogenation reaction of methyl acetate was possible when the commonly used catalyst for R1 reaction and Cu-ZnO catalyst were used. Therefore, we developed a technology that can apply the fluidized bed reactor using the layer inversion technology for the process development that integrates the R2 + R3 + R4 reaction as a method for increasing the efficiency of the reaction process and increasing the carbon utilization efficiency. As a result, it can be applied as an alternative method to develop alternative energy technology of petroleum based energy resources.

Claims (13)

수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 수소화 반응시켜 다이메틸에테르를 제조하는 단계(단계 1);
페리어라이트 촉매 존재하에서, 다이메틸에테르를 합성가스와 함께 카르복시화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계(단계 2);
메틸아세테이트를 수소화 반응시켜 주생성물로서 에탄올 및 부산물인 메탄올 및 아세트산을 제조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3의 주생성물인 에탄올과 부산물을 각각 분리하고, 분리된 부산물인 아세트산과 메탄올을 에스테르화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하고 이를 단계 3으로 재순환하는 단계(단계 4)
를 포함하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
Hydrogenation reaction of a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide to produce dimethyl ether (step 1);
(Step 2), in the presence of ferrierite catalyst, carboxymidation reaction of dimethyl ether with synthesis gas to produce methyl acetate;
Hydrogenating methyl acetate to produce ethanol as a main product and methanol and acetic acid as by-products (step 3); And
Separating the main product of step 3 from ethanol and byproducts, and esterifying the separated by-product acetic acid and methanol to produce methyl acetate and recycling it to step 3 (step 4)
≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 미반응물인 합성가스를 재순환하여 단계 1의 다이메틸에테르의 제조에 사용하고, 상기 단계 2의 미반응물인 다이메틸에테르를 재순환하여 단계 2의 메틸아세테이트의 제조에 사용하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The process according to claim 1, wherein the synthesis gas as the unreacted product of step 2 is recycled to produce the dimethyl ether of step 1, and the unreacted dimethyl ether is recycled to produce methyl acetate of step 2 ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제1항에 있어서, 상기 페리어라이트 촉매를 Zr의 양을 1 내지 10 중량% 이용하여 전처리하여 사용하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the ferrierite catalyst is pretreated with 1 to 10% by weight of Zr.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 생성물 중에서 메틸아세테이트의 비율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The method of claim 1 wherein the ratio of methyl acetate in the product of step 2 is greater than 80%.
제1항에 있어서, 상기 합성가스는 수소 대 일산화탄소의 몰 비가 1 대 0.8 내지 2.5인 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein the synthesis gas has a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide of from 1: 0.8 to 2.5.
제1항에 있어서, 상기 단계 4는 페리어라이트 촉매 존재 하에서 일어나는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The process according to claim 1, wherein said step (4) takes place in the presence of a ferrierite catalyst.
제1항에 있어서, 상기 단계 1 및 단계 3은 Cu-ZnO 촉매의 존재 하에서 일어나는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
2. The method of claim 1, wherein step 1 and step 3 occur in the presence of a Cu-ZnO catalyst.
제1항에 있어서, 상기 단계 3은 Ru, Rh 및 Ph 로 이루어진 군으로부터 선택되는 귀금속이 담지된 촉매 존재 하에서 일어나는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The process according to claim 1, wherein said step 3 occurs in the presence of a supported noble metal catalyst selected from the group consisting of Ru, Rh and Ph.
제1항에 있어서, 상기 단계 2, 단계 3 및 단계 4의 반응온도는 150 ℃ 내지 300 ℃에서 기압조건은 5 내지 30 bar에서 수행하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The process according to claim 1, wherein the reaction temperatures of step 2, step 3 and step 4 are carried out at a temperature of from 150 to 300 ° C and at a pressure of from 5 to 30 bar.
제1항에 있어서, 상기 단계 2 내지 단계 4는 유동층 반응기 내에서 연속적으로 일어나는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein said steps 2 to 4 occur continuously in a fluidized bed reactor.
제10항에 있어서, 상기 유동층 반응기의 하단부에는 1100 내지 1300 kg/m3의 밀도를 지니고 입자지름은 2.8 내지 3.5 mm 크기를 지니는 저밀도의 촉매 입자가 존재하고, 상단부에는 2300 내지 2600 kg/m3의 밀도를 지니고 입자지름은 0.3 내지 0.5 mm 크기를 지니는 고밀도의 촉매 입자가 존재하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
Of claim 10, has a has a density of 1100 to 1300 kg / m 3 the lower end of the fluidized bed reactor, the particle diameter is 2.8 to 3.5 mm in size, and the particles of low-density exists having an upper end, the 2300 to 2600 kg / m 3 according to Wherein the catalyst particles have a density of 0.3 to 0.5 mm and a particle size of 0.3 to 0.5 mm. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제10항에 있어서, 상기 유동층 반응기의 하단부에는 페리어라이트 촉매가 존재하며 다이메틸에테르를 카르복시화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계가 일어나고,
상기 유동층 반응기의 상단부에는 Cu-ZnO 촉매가 존재하며 메틸아세테이트를 수소화 반응시켜 에탄올을 제조하는 단계가 일어나고,
에탄올과 함께 부산물로서 제조된 메탄올 및 아세트산을 상기 유동층 반응기의 하단부에 공급하거나, 유동층 반응기 내부의 대류에 의한 반응기 하단부에서 페리어라이트 촉매 존재 하에서 에스테르화 반응시켜 메틸아세테이트를 제조하는 단계가 일어나는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.
11. The method of claim 10, wherein a ferrierite catalyst is present in the lower portion of the fluidized bed reactor, and the step of carboxylating the dimethyl ether to produce methyl acetate occurs,
In the upper part of the fluidized bed reactor, Cu-ZnO catalyst is present, and methanol is hydrogenated to produce ethanol.
Methanol or acetic acid prepared as a byproduct with ethanol is fed to the lower end of the fluidized bed reactor or esterification reaction is carried out in the presence of a ferrierite catalyst at the lower end of the reactor by convection in the fluidized bed reactor to produce methyl acetate ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제10항에 있어서, 상기 유동층 반응기의 공탑 유체 속도는 30 mm/s 내지 60 mm/s의 속도인 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 선택적으로 에탄올을 제조하는 방법.

11. The method of claim 10, wherein the fluid bed reactor fluid bed velocity is between 30 mm / s and 60 mm / s.

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