KR101617230B1 - 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조용 촉매 및 방법 - Google Patents

고순도 글리세롤 카보네이트의 제조용 촉매 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 글리세롤과 요소를 반응시켜 제조된 저순도 글리세롤 카보네이트를 알킬렌글리콜로 추출 증류함으로써 고순도 글리세롤 카보네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고순도 글리세롤 카보네이트의 제조용 촉매 및 방법{Method and Catalyst of Preparing High Pure Glycerol Carbonate}
본 발명은 글리세롤과 요소를 반응시켜 제조된 저순도 글리세롤 카보네이트를 알킬렌글리콜로 추출 증류함으로써 고순도 글리세롤 카보네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 친환경 에너지 사업에 대한 관심이 고조되면서 바이오디젤에 대한 연구가 확대되고 있다. 바이오디젤은 지방산과 알콜을 반응시켜 제조하며, 이때 부산물로서 글리세롤이 생성된다. 바이오디젤의 생산량이 증가함에 따라 바이오디젤 공정에서 부산물로 생성되는 글리세롤의 활용 방안에 대한 연구가 함께 진행되고 있다. 글리세롤의 활용방안으로서 글리세롤 카보네이트, 에피클로로히드린, 글리세롤 에테르, 1,3-프로판디올, 글리콜산 등의 유도체로 전환하는 방안도 있다. 글리세롤 유도체 중에서도 글리세롤 카보네이트가 산업적으로 이용 가능성이 매우 높은 것으로 알려져 있다.
글리세롤 카보네이트(Glycerol Carbonate)는 생분해성, 저자극성, 높은 끓는점, 비휘발성 및 보습성을 가지는 물질로서 이차전지 전해액, 계면활성제, 의약품, 화장품 등에 주요 성분으로 많이 사용되고 있다.
글리세롤로부터 글리세롤 카보네이트를 합성하는 방법으로는, 1)글리세롤과 포스젠(phosgene)을 반응시키는 방법, 2)글리세롤과 카보네이트 화합물간의 에스테르치환반응(transesterification)시키는 방법[한국공개특허 제2009-0027297호], 3)글리세롤과 이산화탄소를 반응시키는 방법[Journal of molecular catalysis A 204 (2009)], 4)글리세롤과 요소(urea)를 반응시키는 방법[미국특허 제6025504호] 등이 있다.
글리세롤 카보네이트의 대량 생산에 있어 가장 문제가 되는 것은, 고순도 글리세롤 카보네이트를 수득하기 어렵다는 것이다. 상용되고 있는 글리세롤 카보네이트의 순도가 93%이나, 아직까지 대량 생산 공정을 통해 93% 이상의 고순도 글리세롤 카보네이트를 수득하는 방법이 개발되어 있지 않다. 기존의 방법에 의하면, 고순도 글리세롤 카보네이트를 수득하기 위하여 주로 촉매 개발을 통해 해소하고자 하는 연구가 진행되어 있으나, 대부분이 귀금속 촉매로 가격이 비싸다는 문제점이 있다.
본 발명은 글리세롤과 요소를 반응시켜 제조된 저순도 글리세롤 카보네이트를 알킬렌글리콜로 추출 증류시켜 손쉽게 고순도 글리세롤 카보네이트를 수득하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 글리세롤과 요소를 반응시켜 저순도 글리세롤 카보네이트를 제조하기 위한 회분반응기와, 상기 반응기로부터 배출된 저순도 글리세롤 카보네이트를 알킬렌글리콜로 추출 증류하여 저고순도 글리세롤 카보네이트를 수득하기 위한 추출증류탑을 포함하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 a)글리세롤과 요소를 진공조건에서 반응시켜 암모니아 부산물과 저순도 글리세롤 카보네이트의 제조단계; 및 b)상기 저순도 글리세롤 카보네이트를 120∼170℃ 온도 및 진공조건에서 알킬렌글리콜로 추출 증류하여 정제하는 단계; 를 포함하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제조방법에서는 상기 a)단계 및 b)단계에서의 진공조건을 유지하기 위해 0.001 atm 이하의 압력을 유지할 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제조방법에서는 상기 b)단계에서 사용되는 알킬렌글리콜로는 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 모노프로필렌글리콜, 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 a)단계에서 배출되는 암모니아 부산물은 이산화탄소와 반응시켜 요소로 재생한 후에, a)단계에 재투입하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제조방법에서는 상기 b)단계에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜의 혼합물을 증류하여, 미반응 글리세롤은 a)단계에 재투입하고, 알킬렌글리콜은 b)단계에 재투입할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 글리세롤과 요소가 투입되어 진공펌프를 이용한 진공조건에서 글리세롤 카보네이트의 합성 공정으로 운전되고, 공정 후 암모니아 부산물과 저순도 글리세롤 카보네이트를 각각 분리하여 배출하는 회분반응기; 및 상기 회분반응기로부터 배출된 저순도 글리세롤 카보네이트와 알킬렌글리콜이 투입되어 진공펌프를 이용한 진공조건에서 추출 증류가 회분 공정으로 운전되고, 공정 후 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜의 혼합물, 그리고 회수를 위한 고순도 글리세롤 카보네이트를 분리시켜 배출하는 추출증류탑; 을 포함하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치를 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제조장치는 상기 회분반응기에서 배출되는 암모니아의 처리를 위한 수단으로서, 회분반응기에서 암모니아를 흡입하여 요소재생탑으로 보내주는 진공펌프; 및 상기 진공펌프에서 보내지는 암모니아를 이산화탄소와 반응시켜 요소로 재생한 후 회분반응기로 재투입하는 요소재생탑; 을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제조장치는 상기 추출증류탑에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜의 처리를 위한 수단으로서, 추출증류탑에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜이 용매재생탱크로 흡입되게 하는 진공펌프; 및 추출증류탑으로부터 흡입되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜을 분리한 후 미반응 글리세롤은 배출하고 알킬렌글리콜은 추출증류탑으로 재투입하는 용매재생탱크; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제조장치는 상기 용매재생탱크에서 배출되는 글리세롤의 재투입을 위한 수단으로서, 상기 용매재생탱크에서 배출되는 글리세롤을 흡입하는 진공펌프; 및 상기 진공펌프의 토출측과 회분반응기의 전단부에 연결되어 진공펌프에서 토출되는 글리세롤이 회분반응기측으로 투입되게 하는 순환라인; 을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 글리세롤과 요소를 반응시켜 글리세롤 카보네이트를 합성한 다음 저순도 글리세롤 카보네이트를 추출 증류시키는 용매로 알킬렌글리콜을 선택 사용함으로써 간단한 추출 증류공정만으로도 고순도 글리세롤 카보네이트를 수득하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 저순도 글리세롤 카보네이트내에 포함된 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜은 증류를 통해 각각을 분리하여 재투입하도록 되어 있음으로써 생산원가를 크게 절감시키는 효과가 있다.
도 1은 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치에 대한 개념도이다.
도 2는 에틸렌 글리콜(EG) 또는 디에틸렌 글리콜(DG)을 사용한 추출 증류 공정에서, 추출 증류 온도에 따른 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 에틸렌 글리콜(EG) 또는 디에틸렌 글리콜(DG)을 사용한 추출 증류 공정에서, 저순도 글리세롤 카보네이트에 대한 용매의 몰 분율에 따른 글리세롤 카보네이트의 순도 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 글리세롤 카보네이트 분리를 위한 단순 증류 공정에서, 증류 온도에 따른 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도 변화를 도시한 그래프이다.
<도면 부호에 대한 설명>
10: 글리세롤 카보네이트 합성을 위한 회분반응기
11: 반응물(글리세롤 및 요소) 유입라인
12: 진공펌프
13: 암모니아의 요소재생탑
14: 암모니아 배출라인
15: CO2 유입라인
16: 요소 순환라인
20: 고순도 글리세롤 카보네이트 생산을 위한 추출증류탑
21: 저순도 글리세롤 카보네이트 이동라인
22, 24: 진공펌프
23: 상단 생성물인 글리세롤과 알킬렌글리콜을 분리하기 위한 용매재생탱크
25: 글리세롤과 알킬렌글리콜의 배출라인
26: 글리세롤의 배출라인
27: 글리세롤의 순환라인
28: 알킬렌글리콜의 환류라인
29: 고순도 글리세롤 카보네이트의 배출라인
본 발명은 글리세롤과 요소를 반응시켜 고순도 글리세롤 카보네이트를 제조하는 방법 및 이를 위한 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 글리세롤과 요소를 반응시켜 제조된 저순도 글리세롤 카보네이트를 알킬렌글리콜로 추출 증류하는 공정을 수행하여, 고순도 글리세롤 카보네이트를 효율적으로 수득할 수 있었다. 본 발명에서는 상기 추출 증류용 용매로 알킬렌글리콜을 사용한다. 알킬렌글리콜은 미반응 글리세롤에 대한 용해도가 우수하므로, 저순도 글리세롤 카보네이트로부터 글리세롤을 용이하게 추출 분리가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 알킬렌글리콜은 끓는점이 대략 187℃ 이상이고 300℃에 이르는 용매도 있으므로, 증류공정을 통해 글리세롤(끓는점 182℃)로부터 쉽게 분리가 가능하다는 장점이 있다. 통상의 유기용매는 글리세롤에 비하여 끓는점이 낮기 때문에 증류공정을 통해 용매를 분리하기가 용이하지 않다. 따라서 본 발명에서는 미반응 글리세롤에 대한 용해도가 우수하면서 동시에 끓는점이 글리세롤보다 높아서 증류공정을 통해 분리가 용이한 알킬렌글리콜을 추출 증류용 용매로 선택 사용한 것이다.
본 발명이 추출 증류용 용매로 사용하는 알킬렌글리콜은 구체적으로 에틸렌글리콜[H(OC2H4)nOH, n=1∼10의 정수], 프로필렌글리콜[H(OC3H6)nOH, n=1∼10의 정수), 부틸렌글리콜[H(OC4H8)nOH, n=1∼10의 정수) 등이 포함될 수 있다. 바람직하기로는 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 모노프로필렌글리콜, 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 추출 증류를 위한 용매로서 모노에틸렌글리콜 또는 디에틸렌글리콜을 대표적으로 예시하고 있지만, 다른 알킬렌글리콜을 사용하여도 본 발명이 목적하는 추출 증류효과는 충분히 달성될 수 있다.
알킬렌글리콜의 사용량은 저순도 글리세롤 카보네이트의 중량을 기준으로 1: 1∼5 중량 배수 범위로 사용할 수 있으며, 좋기로는 1: 1∼2 중량비 범위로 사용하는 것이 경제성이 있다. 추출 증류 공정은 0.001 atm 이하의 진공 상태에서 진행되며, 추출증류탑 내부온도는 120∼170℃ 바람직하기로는 140∼150℃를 유지하도록 한다. 추출 증류는 1∼3시간 진행하도록 하며, 3시간을 넘어 오랜 시간 추출 증류하게 되면 생성된 글리세롤 카보네이트가 분해되어 순도 및 수율을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
이와 같은 본 발명은 더욱 상세히 설명하면 하기와 같다.
본 발명에 따른 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조방법은, a)글리세롤과 요소를 진공조건에서 반응시켜 암모니아 부산물과 저순도 글리세롤 카보네이트의 제조단계; 및 b)상기 저순도 글리세롤 카보네이트를 120∼170℃ 온도 및 진공조건에서 알킬렌글리콜로 추출 증류하여 정제하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따른 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조방법은 전 공정이 회분식 공정으로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조방법을 진행하기 위한 제조장치의 개념도이고, 본 발명은 도 1에 나타낸 제조장치에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따른 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치는, 글리세롤과 요소가 투입되어 진공펌프를 이용한 진공조건에서 글리세롤 카보네이트의 합성 공정으로 운전되고, 공정 후 암모니아 부산물과 저순도 글리세롤 카보네이트를 각각 분리하여 배출하는 회분반응기; 및 상기 회분반응기로부터 배출된 저순도 글리세롤 카보네이트와 알킬렌글리콜이 투입되어 진공펌프를 이용한 진공조건에서 추출 증류가 회분 공정으로 운전되고, 공정 후 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜의 혼합물, 그리고 회수를 위한 고순도 글리세롤 카보네이트를 분리시켜 배출하는 추출증류탑; 을 포함한다.
또한, 본 발명의 제조장치는 상기 회분반응기에서 반응 부산물로서 배출되는 암모니아를 처리하기 위한 수단으로서, 회분반응기에서 암모니아를 흡입하여 요소재생탑으로 보내주는 진공펌프; 및 상기 진공펌프에서 보내지는 암모니아를 이산화탄소와 반응시켜 요소로 재생한 후 회분반응기로 재투입하는 요소재생탑; 을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조장치는 상기 추출증류탑에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜을 재투입하기 위한 처리 수단으로서, 추출증류탑에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜이 용매재생탱크로 흡입되게 하는 진공펌프; 및 추출증류탑으로부터 흡입되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜을 분리한 후 미반응 글리세롤은 배출하고 알킬렌글리콜은 추출증류탑으로 재투입하는 용매재생탱크; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조장치는 상기 용매재생탱크에서 배출되는 미반응 글리세롤을 재투입하기 위한 수단으로서, 상기 용매재생탱크에서 배출되는 미반응 글리세롤을 흡입하는 진공펌프; 및 상기 진공펌프의 토출측과 회분반응기의 전단부에 연결되어 진공펌프에서 토출되는 미반응 글리세롤이 회분반응기측으로 투입되게 하는 순환라인; 을 더 포함할 수 있다.
도 1에 나타낸 제조장치를 이용한 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조방법을 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
회분반응기(10)에 반응물 유입라인(11)을 통해 글리세롤과 요소를 투입하여 글리세롤 카보네이트의 합성 공정이 진행되도록 운전한다. 이때, 회분반응기(10)의 내부는 진공펌프를 이용하여 0.001 atm 이하의 진공 상태를 유지하도록 한다. 또한, 필요하다면 당 분야에서 사용되는 통상의 촉매를 사용할 수도 있다. 본 발명에 따른 글리세롤과 요소로부터 글리세롤 카보네이트를 합성하는 공정은 공지된 방법으로 실시하며, 본 발명은 이러한 글리세롤 카보네이트의 합성조건에 특별한 제한을 두지는 않는다. 상기 글리세롤 카보네이트의 합성 공정이 완료되면, 회분반응기(10)로부터 배출되는 암모니아 부산물은 진공펌프(12)를 이용하여 지속적으로 요소재생탑(13)으로 배출하여 주고, 요소재생탑(13)에서는 암모니아를 이산화탄소와 반응시켜 요소로 재생된다. 재생된 요소는 요소 순환라인을 통해 회분반응기(10)로 재투입할 수 있다.
상기한 회분 반응을 통해 제조된 저순도 글리세롤 카보네이트는 추출증류탑(20)으로 이송된다. 추출 증류 공정 역시 회분 공정으로 운전되며, 추출증류탑(20)의 내부는 진공펌프(22)를 이용하여 0.001 atm 이하의 진공 상태를 유지하도록 한다. 또한, 추출증류탑(20)의 내부온도는 120∼170℃ 바람직하기로는 140∼150℃를 유지하도록 한다. 상기 추출 증류 공정이 완료되면, 추출증류탑(20)의 상단으로부터 글리세롤과 알킬렌글리콜이 배출되고, 하단으로부터 고순도 글리세롤 카보네이트가 배출된다. 상단으로 배출되는 글리세롤과 알킬렌글리콜은 용매재생탱크(23)로 유입되어 증류 공정을 통해 분리한다. 분리된 글리세롤은 진공펌프(24)를 이용하여 회분반응기(10)와 연결된 반응물 유입라인(11)으로 재투입될 수 있고, 그리고 분리된 알킬렌글리콜은 추출 증류탑(20)으로 재투입될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 제조예 및 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 글리세롤 카보네이트의 합성 공정
회분반응기 내부에 글리세롤 카보네이트 합성용 촉매로 Zn-Al-OH 2.5 g을 넣고, 반응물 유입라인을 통해 글리세롤 50 g과 요소 32.7 g을 투입하였다. 회분반응기 내부온도가 140℃ 될 때까지 가열하였고, 진공 펌프를 이용하여 0.001 atm 이하의 진공상태를 유지하였으며, 반응은 5시간 동안 진행하였다. 반응은 일반적인 회분 공정으로 진행되며, 반응 중에 부산물로 생성되는 암모니아 기체는 진공 펌프를 이용하여 요소재생탑으로 흡입시켜 제거하였다. 그 결과, 글리세롤의 전환율은 66.87 %, 글리세롤 카보네이트의 선택도는 97.39 %, 글리세롤 카보네이트의 순도는 84.22 %, 글리세롤 카보네이트의 수율은 84.42% 이었다.
한편, 요소재생탑으로 흡입된 암모니아는 이산화탄소(CO2)와 반응하여 물과 요소를 생산하며, 생산된 요소는 회분반응기로 투입하였다. 상기 요소 재생반응은 180℃ 및 228 atm 조건에서 수행한다.
실시예 2. 글리세롤 카보네이트의 추출 증류 공정
상기 실시예 1에서 합성된 저순도 글리세롤 카보네이트(순도 84.22 %) 50 g을 추출증류탑에 투입하였다. 그리고, 추출증류탑의 추출 증류용매 유입구를 통해 에틸렌 글리콜 50 g을 투입하였다. 추출증류탑의 내부온도가 145℃ 될 때까지 가열하였고, 진공 펌프를 이용하여 0.001 atm 이하의 진공상태를 유지하였으며, 추출 증류는 1시간 30분 동안 진행하였다. 추출 증류한 결과 글리세롤 카보네이트의 순도는 95.43% 이었고, 반응물로 사용된 글리세롤의 사용량 대비한 수율은 80.13 % 이었다.
한편, 추출증류탑의 상단부를 통해 배출된 글리세롤과 에틸렌글리콜은 진공펌프를 이용하여 용매재생탱크로 이송시켰다. 용매재생탱크는 탑정에서 나온 기체 성분을 50℃ 냉각하여 글리세롤과 에틸렌글리콜으로 분리하였다. 분리된 글리세롤은 진공펌프를 이용하여 회분반응기에 연결된 반응물 유입구를 통해 글리세롤 카보네이트의 합성공정에 재투입하였다. 그리고, 분리된 에틸렌글리콜은 용매 환류라인을 통해 추출증류탑에 재투입하였다.
실시예 3~5 및 비교예 1~3. 저순도 글리세롤 카보네이트의 추출 증류 공정
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 145℃ 및 0.001 atm 이하의 진공 상태에서 추출 증류 공정을 수행하였고, 다만 추출 증류용매로서 하기 표 1에 나타낸 용매 50 g을 사용하였다. 추출 증류한 결과 글리세롤 카보네이트(GC)의 순도 및 수율은 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
구 분 추출증류용매 글리세롤 카보네이트
순도1)(%) 수율2)(%)
실시예 2 에틸렌글리콜 95.43 80.13
실시예 3 디에틸렌글리콜 93.19 80.27
실시예 4 프로필렌글리콜 92.02 80.74
실시예 5 디프로필렌글리콜 87.19 79.58
비교예 1 1,6-헥산디올 75.91 76.60
비교예 2 티오디글리콜 58.51 76.87
비교예 3 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 67.49 77.84
1) 순도: 에탄올, TEG 용액에 희석 후 GC의 분율을 측정함
2) 수율: 반응물로 사용된 글리세롤의 사용량 대비한 수율
상기 표 1의 결과에 의하면, 본 발명에 따른 추출 증류 공정에 의하면 145℃ 온도의 비교적 낮은 온도에서도 고순도 및 고 수율로 글리세롤 카보네이트를 수득하는 것이 가능함을 확인할 수 있다.
실험예 1. 추출 증류 온도에 따른 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도 변화
상기 실시예 2의 방법으로 추출 증류 공정을 수행하였고, 다만 추출 증류용매로서 에틸렌 글리콜(EG) 또는 디에틸렌글리콜(DEG)을 사용하였다. 추출 증류 온도에서의 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도를 측정하여 도 2에 도시하였다.
도 2에 의하면, 120∼170℃의 추출 증류 온도에서 글리세롤 카보네이트(GC)의 순도 및 수율은 높게 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 추출 증류용매의 사용량에 따른 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도 변화
상기 실시예 2의 방법으로 추출 증류 공정을 수행하였고, 추출 증류용매로서 에틸렌 글리콜(EG) 또는 디에틸렌글리콜(DEG)을 사용하되 이들 추출 증류용매의 사용량에 따른 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도를 측정하여 도 3에 도시하였다.
도 3에 의하면, 저순도 글리세롤 카보네이트에 대비하여 추출 증류용매는 1: 1∼2 중량비 범위 바람직하기로는1: 1∼1.3 중량비 범위로 사용될 때 글리세롤 카보네이트(GC)의 순도 및 수율이 높게 유지됨을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 일반 추출 증류 공정에 의한 글리세롤 카보네이트의 수율 및 순도 변화
아스팬 플러스(Aspen Plus)를 이용하여 정상상태 단증류에서의 고순도 글리세롤 카보네이트 생산을 위한 일반 추출 증류 공정을 모사하였다. 일반 추출 증류 공정에서의 온도에 따른 글리세롤 카보네이트의 순도 및 수율을 도 4에 도시하였다. 도 4에 의하면, 일반 추출 증류 공정에서는 90 % 이상의 순도를 가지는 글리세롤 카보네이트를 얻으려면 182 ℃ 이상으로 가열하여야 하는데, 추출 증류온도가 182 ℃를 초과하면 급격하게 글리세롤 카보네이트의 수율이 감소되는 문제가 있음을 확인할 수 있다. 도 4에 의하면, 일반 추출 증류 공정에 의해서는 순도 및 수율 모두를 고려한다면 186 ℃ 정도의 온도를 유지하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.
본 발명의 추출 증류공정이 145℃ 온도에서 글리세롤 카보네이트(GC)의 순도가 90% 이상 유지됨을 감안한다면, 본 발명의 추출 증류 공정은 알킬렌 글리콜의 용매를 사용함으로써 추출 증류 효율을 극재화시키는 효과가 우수하다는 것을 확인 할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조방법에서는 글리세롤과 요소를 반응물로 사용하여 글리세롤 카보네이트를 합성하는 공정 이후에 알킬렌글리콜을 이용한 추출 증류 공정을 추가로 수행함으로써 글리세롤 카보네이트의 순도 향상에 크게 기여함을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 제조방법은 고부가가치화를 위한 글리세롤 카보네이트 생산 공정에 활용이 가능하다.

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  6. 글리세롤과 요소가 투입되어 진공펌프를 이용한 진공조건에서 글리세롤 카보네이트의 합성 공정으로 운전되고, 공정 후 암모니아 부산물과 저순도 글리세롤 카보네이트를 각각 분리하여 배출하는 회분반응기; 및
    상기 회분반응기로부터 배출된 저순도 글리세롤 카보네이트와 알킬렌글리콜이 투입되어 진공펌프를 이용한 진공조건에서 추출 증류가 회분 공정으로 운전되고, 공정 후 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜의 혼합물, 그리고 회수를 위한 고순도 글리세롤 카보네이트를 분리시켜 배출하는 추출증류탑;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 회분반응기에서 배출되는 암모니아의 처리를 위한 수단으로서,
    회분반응기에서 암모니아를 흡입하여 요소재생탑으로 보내주는 진공펌프; 및
    상기 진공펌프에서 보내지는 암모니아를 이산화탄소와 반응시켜 요소로 재생한 후 회분반응기로 재투입하는 요소재생탑;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 추출증류탑에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜의 처리를 위한 수단으로서,
    추출증류탑에서 배출되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜을 용매재생탱크로 흡입되게 하는 진공펌프; 및
    추출증류탑으로부터 흡입되는 미반응 글리세롤과 알킬렌글리콜을 분리한 후 미반응 글리세롤은 배출하고 알킬렌글리콜은 추출증류탑으로 재투입하는 용매재생탱크;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 용매재생탱크에서 배출되는 글리세롤의 재투입을 위한 수단으로서,
    상기 용매재생탱크에서 배출되는 글리세롤을 흡입하는 진공펌프; 및
    상기 진공펌프의 토출측과 회분반응기의 전단부에 연결되어 진공펌프에서 토출되는 글리세롤이 회분반응기측으로 투입되게 하는 순환라인;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 알킬렌글리콜은 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 모노프로필렌글리콜, 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 고순도 글리세롤 카보네이트의 제조장치.
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