KR101634221B1 - Method for producing acrylic acid from glycerol - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 글리세롤과 카르복실산을 포함하는 반응물로부터 알릴알코올을 포함하는 생성물을 제조하는 단계;
(b) 상기 알릴알코올을 포함하는 생성물에, 불균일계 촉매와 염기성 용액을 투입한 후, 이를 산화시켜 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;
(c) 상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물 중의 3-하이드록시프로피온산을 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 를 포함하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법에 관한 것이다.
(A) preparing a product comprising an allyl alcohol from a reactant comprising glycerol and a carboxylic acid;
(b) adding a heterogeneous catalyst and a basic solution to the product containing the allyl alcohol, and oxidizing the same to prepare a mixture containing 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid;
(c) dehydrating 3-hydroxypropionic acid in the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid to prepare acrylic acid; To a process for producing acrylic acid from glycerol.

Description

글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법{Method for producing acrylic acid from glycerol}The present invention relates to a method for producing acrylic acid from glycerol,

본 발명은 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 글리세롤로부터 3-하이드록시프로피온산을 통해 아크릴산을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing acrylic acid from glycerol, and more particularly to a process for producing acrylic acid from glycerol via 3-hydroxypropionic acid.

현재 산업적으로 가장 널리 이용되고 있는 아크릴산의 제조방법은, 석유화학 공정에서 생산된 프로필렌을 분자상 산소 함유 기체에 접촉시켜 산화반응을 통해 제조하는 방법이다. 구체적으로, 프로필렌을 분자상 산소 함유 기체에 의해 기상 산화시켜 주로 아크롤레인을 제조하는 전단공정 및 상기 아크롤레인을 포함하는 반응가스를 다시 산화시켜 아크릴산을 제조하는 후단공정으로 이루어지는 2단계 반응에 의해 아크릴산을 제조하는 방법이다.Currently, the most widely used method of producing acrylic acid is a process in which propylene produced in a petrochemical process is contacted with a molecular oxygen-containing gas to produce an oxidized product. Specifically, acrylic acid is produced by a two-step reaction consisting of a shearing step of mainly producing acrolein by gas phase oxidation of propylene with a molecular oxygen-containing gas, and a post-stage step of again oxidizing the reaction gas containing acrolein to produce acrylic acid .

한편 화석 연료 고갈로 바이오매스에서 유래하는 물질을 원료로 사용하여 아크릴산을 제조하는 방법에 대한 관심이 크게 대두되고 있다. 바이오매스 유래 물질 중 특히 글리세롤은, 식물성 또는 동물성 오일로부터 바이오디젤이 생성되는 과정에서 부산물로 함께 생성된다. 바이오디젤을 합성하는 기술은 이미 상용화되었고, 해마다 그 수요가 증가되고 있다. 글리세롤은 많은 양으로 이용 가능하며, 폭발 및 독성 위험 없이 안전하게 저장되거나 운송될 수 있는 친환경적이며 재생가능한 원료라는 장점이 있어, 아크릴산의 제조를 위한 매력적인 원료로서 고려되고 있다.On the other hand, there is a great interest in a method for producing acrylic acid by using a material derived from biomass as a raw material due to depletion of fossil fuel. Of the biomass-derived materials, glycerol is produced together as a by-product in the process of producing biodiesel from vegetable or animal oils. The technology for synthesizing biodiesel has already been commercialized, and the demand for it is increasing every year. Glycerol is available in large quantities and is considered an attractive raw material for the production of acrylic acid because it is an environmentally friendly and renewable raw material that can be safely stored or transported without explosion and toxicity hazards.

따라서, 바이오디젤 합성공정의 부산물인 글리세롤을 이용하여 아크릴산을 제조할 수 있는 새로운 방법의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
Therefore, a new method for producing acrylic acid using glycerol, which is a by-product of the biodiesel synthesis process, is urgently required.

KR 2009-0057612 AKR 2009-0057612 A

본 발명은 아크릴산의 생산 원료로서 바이오디젤 합성공정의 부산물인 글리세롤을 이용하여 아크릴산을 제조할 수 있는 신규 방법을 제공하는 것이다.
The present invention provides a novel process for producing acrylic acid by using glycerol, which is a by-product of the biodiesel synthesis process, as a raw material for producing acrylic acid.

본 발명은 상기 과제해결을 위하여, 글리세롤과 카르복실산을 포함하는 반응물로부터 알릴알코올을 포함하는 생성물을 제조하는 단계; 상기 알릴알코올을 포함하는 생성물에, 불균일계 촉매와 염기성 용액을 투입한 후, 이를 산화시켜 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물 중의 3-하이드록시프로피온산을 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 를 포함하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 신규 방법을 제공한다In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for producing an allyl alcohol, comprising: producing a product containing allyl alcohol from a reaction product containing glycerol and a carboxylic acid; Adding a heterogeneous catalyst and a basic solution to a product containing the allyl alcohol and oxidizing the same to prepare a mixture containing 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid; And dehydrating 3-hydroxypropionic acid in the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid to prepare acrylic acid; Lt; RTI ID = 0.0 > glycerol < / RTI >

본 발명의 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 신규 방법은, 바이오디젤 합성공정의 부산물인 글리세롤을 이용하므로 친환경적이며, 안전하게 저장되거나 운송될 수 있는 장점이 있다.The novel process for producing acrylic acid from glycerol of the present invention is advantageous in that it is eco-friendly and can be safely stored or transported because it uses glycerol, which is a by-product of the biodiesel synthesis process.


이하 본 발명의 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method for producing acrylic acid from glycerol of the present invention will be described in detail.

본 발명은 (a) 글리세롤과 카르복실산을 포함하는 반응물로부터 알릴알코올을 포함하는 생성물을 제조하는 단계;(A) preparing a product comprising an allyl alcohol from a reactant comprising glycerol and a carboxylic acid;

(b) 상기 알릴알코올을 포함하는 생성물에, 불균일계 촉매와 염기성 용액을 투입한 후, 이를 산화시켜 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;(b) adding a heterogeneous catalyst and a basic solution to the product containing the allyl alcohol, and oxidizing the same to prepare a mixture containing 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid;

(c) 상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물 중의 3-하이드록시프로피온산을 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 를 포함하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법에 관한 것이다.
(c) dehydrating 3-hydroxypropionic acid in the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid to prepare acrylic acid; To a process for producing acrylic acid from glycerol.

글리세롤은 화학식 HOCH2(CHOH)CH2OH의 화합물로서, 트리하이드록시프로판 또는 글리세린이라고도 한다. 본 발명에서 글리세롤의 순도는 본 발명의 범위를 제한하지 않지만, 반응 부산물의 생성을 줄이기 위해서, 순도 80 중량% 이상, 바람직하게는 90 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 95 중량% 이상인 것을 사용한다.Glycerol is a compound of the formula HOCH 2 (CHOH) CH 2 OH, also referred to as trihydroxypropane or glycerin. In the present invention, the purity of glycerol is not limited to the range of the present invention, but a purity of 80 wt% or more, preferably 90 wt% or more, and more preferably 95 wt% or more is used in order to reduce the production of reaction by-products.

본 발명에서 글리세롤은 식물성 오일과 알코올의 에스터교환 반응을 통해 생성되는 바이오디젤 생산과정의 부산물을 활용할 수 있다.
In the present invention, glycerol can utilize by-products of the biodiesel production process, which is produced through an ester exchange reaction between a vegetable oil and an alcohol.

본 발명에서 글리세롤과 카르복실산을 포함하는 반응물로부터 알릴알코올을 포함하는 생성물을 제조하는 (a) 단계는 다음 반응식 1과 같이 수행된다.
In the present invention, step (a) of producing a product containing allyl alcohol from a reaction product containing glycerol and carboxylic acid is carried out as shown in the following reaction formula (1).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112014060608256-pat00001
Figure 112014060608256-pat00001

상기 반응식 1에서와 같이, 발명의 글리세롤과 포름산이 1:1로 반응하기 때문에, 본 발명에서 당량이라 함은 몰비와 같은 개념이다.Since the glycerol and formic acid of the present invention react with each other at a ratio of 1: 1 as in the reaction scheme 1, the equivalent of the present invention is the same as the molar ratio.

상기 반응식 1에는 카르복실산으로 포름산을 예시했으나, 반드시 포름산에 한정되는 것은 아니다. 다만 포름산의 경우 알릴알코올 생성 반응 부산물로서 이산화탄소가 생성되므로, 부산물의 제거가 용이하다는 점에서 바람직하다. Formic acid is exemplified as carboxylic acid in Reaction Scheme 1, but it is not necessarily limited to formic acid. However, in the case of formic acid, since carbon dioxide is produced as an allyl alcohol production reaction by-product, it is preferable in that the by-products can be easily removed.

상기 포름산은 포름산염으로부터 제조될 수 있다. 상기 포름산염은 포름산나트륨 혹은 포름산칼슘일 수 있다. 특히 상기 포름산나트륨 혹은 포름산칼슘은 다가 알코올(polyhydric alcohol) 생산 과정에서 생성되는 부산물인 포름산나트륨 혹은 포름산칼슘을 활용하는 것이 바람직하다. 상기 다가 알코올은 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 트리메틸올에탄(trimethylolethane), 트리메틸올프로판(trimethylolpropane), 네오펜틸글리콜(neopentyl glycol)등을 포함하나, 이에 한정하지 않는다.The formic acid may be prepared from a formate. The formate may be sodium formate or calcium formate. In particular, the sodium formate or calcium formate preferably utilizes sodium formate or calcium formate, which is a by-product produced during the production of polyhydric alcohol. The polyhydric alcohols include, but are not limited to, pentaerythritol, trimethylolethane, trimethylolpropane, neopentyl glycol, and the like.

상기 포름산은 포름산 에스테르로부터 제조될 수 있다. 상기 포름산에스테르는 포름산메틸(methyl formate), 포름산에틸(ethyl formate) 등을 포함하나, 이에 한정하지 않는다.The formic acid may be prepared from formic acid esters. The formic acid ester includes, but is not limited to, methyl formate, ethyl formate, and the like.

상기 (a) 단계는 산소 함유 기체 분위기에서는 글리세롤의 산화적 분해를 초래하고, 탄화가 발생하거나 수율이 저하될 수 있으므로, 불활성 기체 분위기, 예를 들어 헬륨, 질소 또는 아르곤 분위기에서 반응을 진행하는 것이 바람직하다.Since the step (a) causes oxidative decomposition of glycerol in an oxygen-containing gas atmosphere and carbonization may occur or yield may be lowered, the reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere, for example, helium, nitrogen or argon desirable.

또한 상기 (a) 단계는 220 내지 260 ℃, 바람직하게는 220 내지 250 ℃, 더욱 바람직하게는 230 내지 250 ℃에서 가열함으로써, 글리세롤로부터 알릴알코올을 높은 수율로 생성시킬 수 있다.Also, the step (a) can produce allyl alcohol from glycerol at a high yield by heating at 220 to 260 ° C, preferably 220 to 250 ° C, more preferably 230 to 250 ° C.

상기 (a) 단계에서 글리세롤 1 당량에 대한 포름산의 당량은 0.5 내지 3 당량이고, 알릴알코올의 수율을 높이기 위한 바람직한 포름산 당량은 0.8 내지 2 당량이며, 더욱 바람직하게는 포름산 당량이 1. 2 내지 1. 7 당량이다.In the step (a), the equivalence of formic acid to 1 equivalent of glycerol is 0.5 to 3 equivalents, the preferable formic acid equivalent to improve the yield of allyl alcohol is 0.8 to 2 equivalents, more preferably the formic acid equivalent is 1.2 to 1 7 equivalents.

상기 본 발명의 (a) 단계는 ChemSusChem 2012, Vol 5, pp 1401-1404에 예시된 촉매를 사용하지 않기 때문에 프로피온알데하이드, 1,3-디하이드록시아세톤(1, 3-dihydroxyacetone)과 같은 부산물을 생성하지 않고, 또한 Angew. Chem. Int. Ed. 2012, Vol 51, pp 8082-8086에서와 같은 고가의 레늄(rhenium) 촉매를 사용하지도 않는 무촉매 반응으로서 상업적 대량생산에 적합하다.Since the step (a) of the present invention does not use the catalyst exemplified in ChemSus Chem 2012, Vol 5, pp 1401-1404, a byproduct such as propionaldehyde, 1,3-dihydroxyacetone, Without creating, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, Vol 51, pp 8082-8086, which is free of rhenium catalysts, and is suitable for commercial mass production.

상기 (a) 단계에서 생성되는 알릴알코올의 함량이 알릴알코올을 포함하는 생성물 총 중량에 대하여 30 중량% 이상인 것이 바람직하다.
The content of the allyl alcohol produced in the step (a) is preferably 30% by weight or more based on the total weight of the product containing allyl alcohol.

본 발명에서 상기 알릴알코올을 포함하는 생성물에, 불균일계 촉매와 염기성 용액을 투입한 후, 이를 산화시켜 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 포함하는 혼합물을 제조하는 (b) 단계는 다음 반응식 2와 같이 수행된다.
In the present invention, the step (b) of adding a heterogeneous catalyst and a basic solution to the product containing allyl alcohol and then oxidizing the same to prepare a mixture containing 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid may be carried out as shown in the following reaction formula .

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112014060608256-pat00002
Figure 112014060608256-pat00002

상기 (b) 단계에서 반응물로 이용되는 알릴알코올은 농축된 형태로 사용할 수 있으나, 물, 염기 등을 혼합한 용액, 또는 (a) 단계의 반응 부산물을 포함하는 용액이 사용될 수도 있다. 이 경우 알릴알코올의 농도는 0. 1 몰% 내지 90 몰%이다.The allyl alcohol used as a reactant in the step (b) may be used in a concentrated form, but a solution containing a mixture of water and a base or a reaction by-product of the step (a) may be used. In this case, the concentration of allyl alcohol is 0.1 mol% to 90 mol%.

상기 (b) 단계는 산소 또는 산소 포함 기체를 주입함으로써, 산화반응의 반응성이 향상되고 높은 수율의 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 얻을 수 있다. 산소 또는 산소 포함 기체를 통한 산소의 부분압력은 반응물의 농도 및 반응 온도를 고려하여 연소 범위 및 폭발 범위 밖에서 임의로 정할 수 있다. 산소의 부분압력은 절대 압력 기준으로 1 내지 50 기압, 바람직하게는 1 내지 30 기압, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 기압이다. 반응 온도는 반응이 액상에서 진행되는 조건이라면 특별히 한정하지 않으나, 10 내지 120℃, 바람직하게는 20 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 30 내지 90℃ 이다.In the step (b), by injecting oxygen or an oxygen-containing gas, the reactivity of the oxidation reaction is improved and 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid having a high yield can be obtained. The partial pressure of oxygen through the oxygen- or oxygen-containing gas can be arbitrarily set outside the combustion range and the explosion range in consideration of the concentration of the reactant and the reaction temperature. The partial pressure of oxygen is 1 to 50 atm, preferably 1 to 30 atm, more preferably 1 to 20 atm on the absolute pressure basis. The reaction temperature is not particularly limited as long as the reaction proceeds in a liquid phase, but it is 10 to 120 캜, preferably 20 to 100 캜, more preferably 30 to 90 캜.

상기 (b) 단계에서 사용되는 촉매는 담지체에 5 nm 이하 크기의 금이 담지된 불균일계 촉매로서, 본 발명에서 사용되는 용어인 불균일계 촉매란 촉매에 반응하는 물질과 촉매의 상이 다른 것을 의미하고, 반응 후 생성물로부터 촉매의 분리가 용이하다는 이점이 있다. The catalyst used in the step (b) is a heterogeneous catalyst having a size of 5 nm or less on the support. The heterogeneous catalyst, which is used in the present invention, means that the phase of the catalyst is different from that of the catalyst. And the catalyst can be easily separated from the product after the reaction.

이를 위하여, 본 발명의 촉매는, 담지체에 5 nm 이하 크기, 바람직하게는 1 nm 이하 크기의 금이 담지된 것을 특징으로 할 수 있다. 금 입자의 크기가 상기 범위를 만족할 경우, 반응성 및 선택성이 우수한 효과를 보인다. 또한 금 입자의 크기가 작을수록 생성물인 아크릴산과 3-하이드록시프로피온산의 수율이 높아지는 효과를 갖는다. 특히, 금 입자의 크기가 1 nm 이하인 경우, 주생성물인 아크릴산의 수율이 50% 에 이르게 되어 더욱 바람직하다.To this end, the catalyst of the present invention may be characterized in that the support has a size of 5 nm or less, preferably 1 nm or less. When the size of the gold particles satisfies the above range, the effect of reactivity and selectivity is excellent. In addition, the smaller the size of the gold particles, the higher the yield of acrylic acid and 3-hydroxypropionic acid as the products. Particularly, when the size of the gold particles is 1 nm or less, the yield of acrylic acid as the main product is 50%, which is more preferable.

또한, 상기 금은 담지체 총 건조 중량에 대하여 5 중량% 이하, 바람직하게는 0.0001 내지 5 중량%로 포함될 수 있는데, 금이 상기 함량 범위로 포함될 경우, 귀금속인 금의 사용을 최소화하면서 반응성을 극대화할 수 있는 장점을 갖는다. The gold may be contained in an amount of 5% by weight or less, preferably 0.0001-5% by weight based on the total dry weight of the support. When the amount of gold is included in the above content range, the use of gold as a precious metal is minimized while reactivity is maximized .

상기 담지체로는 활성탄(Activated Carbon), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO2), 산화철(Fe2O3), 산화바나듐(V2O5), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3) 및 산화세륨(CeO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 담지체는 산화세륨(CeO2) 또는 산화세륨을 포함하는 복합 산화물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The supported body is activated carbon (Activated Carbon), titanium oxide (TiO 2), aluminum oxide (Al 2 O 3), silicon oxide (SiO 2), zinc oxide (ZnO 2), zirconium oxide (ZrO 2), manganese oxide ( MnO 2), iron oxide (Fe 2 O 3), vanadium oxide (V 2 O 5), tin oxide (SnO 2), tungsten oxide (WO 3) and cerium oxide (at least one element selected from the group consisting of CeO 2) May be used. More preferably, the support may be a composite oxide containing cerium oxide (CeO 2 ) or cerium oxide, but is not limited thereto.

또한, 본 발명의 촉매는 특별한 전처리를 할 경우 촉매 내구성이 향상되어 여러 번 재사용이 가능하다. 전처리 온도는 50℃ 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 70℃ 내지 400℃이다. 전처리 시간은 10분 내지 24시간, 더욱 바람직하게는 20분 내지 20시간이다. 전처리에 사용되는 기체는 산소, 질소, 헬륨 및 아르곤 중 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
In addition, when the catalyst of the present invention is subjected to a special pretreatment, the catalyst durability is improved and can be reused many times. The pretreatment temperature is from 50 캜 to 500 캜, more preferably from 70 캜 to 400 캜. The pretreatment time is 10 minutes to 24 hours, more preferably 20 minutes to 20 hours. The gas used for the pretreatment may be a mixture of at least one of oxygen, nitrogen, helium and argon.

상기 (b) 단계에서는 염기성 용액을 사용한다. 상기 염기성 용액은 알릴알코올의 산화반응에서 반응을 활성화시키는 역할을 한다. 상기 염기성 용액은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 염기성 화합물을 물과 혼합하여 제조할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 염기성 화합물은 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In the step (b), a basic solution is used. The basic solution serves to activate the reaction in the oxidation reaction of allyl alcohol. The basic solution may be prepared by mixing a basic compound containing an alkali metal or an alkaline earth metal with water. More specifically, the basic compound may include at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide.

상기 염기성 용액에 포함되는 염기성 화합물은 알릴알코올 1 몰을 기준으로 0.01 내지 10 몰비로 투입하는 것이 바람직하고, 2 내지 8 몰비로 투입되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 염기성 화합물의 투입량에 따라 알릴알코올의 전환률과 아크릴산, 3-하이드록시프로피온산, 부산물인 글리세르산의 수율 및 선택도에 영향을 미친다.
The basic compound contained in the basic solution is preferably added in an amount of 0.01 to 10 molar equivalents based on 1 mol of the allyl alcohol, more preferably 2 to 8 molar equivalents. Depending on the amount of the basic compound, the conversion of allyl alcohol and the yield and selectivity of acrylic acid, 3-hydroxypropionic acid, glyceralic acid as a by-product are affected.

본 발명에서 상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물 중의 3-하이드록시프로피온산을 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 (c) 단계는 다음 반응식 3와 같이 수행된다.In the present invention, step (c) of dehydrating 3-hydroxypropionic acid in the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid to produce acrylic acid is carried out as shown in the following reaction formula (3).

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112014060608256-pat00003
Figure 112014060608256-pat00003

상기 (c) 단계에서 반응물로 이용되는 3-하이드록시프로피온산은 상기 (b) 단계에서 제조된 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산의 혼합물에서 분리 정제하거나 3-하이드록시프로피온산을 농축하여 사용할 수도 있으나, 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산의 혼합물을 그대로 반응물로 사용할 수도 있다. The 3-hydroxypropionic acid used as the reactant in the step (c) can be separated and purified from the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid prepared in the step (b), or 3-hydroxypropionic acid can be used by concentrating A mixture of hydroxypropionic acid and acrylic acid may be used as the reactant.

따라서, 본 발명에서 (c) 단계 전에 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물을 분리하는 단계는 다음과 같이 수행된다.
Therefore, in the present invention, it may further include separating the 3-hydroxypropionic acid and the acrylic acid mixture before the step (c). The step of separating the 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid mixture is carried out as follows.

상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물을 분리하는 단계는 추출, 결정화, 증류 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방법을 사용할 수 있다.
The step of separating the 3-hydroxypropionic acid and the acrylic acid mixture may use a method comprising at least one selected from extraction, crystallization and distillation.

상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물에서 3-하이드록시프로피온산을 분리하는 방법으로 추출(extraction)을 사용할 수 있다.Extraction can be carried out by separating 3-hydroxypropionic acid from the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid.

추출에 사용되는 용매는 알코올, 알데하이드, 케톤, 에테르, 에스터, 방향족 화합물 및 기타 유기 용제 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent used for extraction may include at least one selected from the group consisting of alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters, aromatic compounds and other organic solvents, but is not limited thereto.

상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물에서 3-하이드록시프로피온산을 분리하는 방법으로 결정화(crystallization)를 사용할 수 있다. Crystallization can be used as a method of separating 3-hydroxypropionic acid from the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid.

결정화는 혼합물의 용해도 차이를 이용하여 분리하는 방법으로 현탁 결정화(suspension crystallization), 막 결정화(layer crystallization) 방법을 사용할수 있다.
The crystallization can be performed by a suspension crystallization method or a layer crystallization method by using a difference in solubility of the mixture.

상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물에서 3-하이드록시프로피온산을 분리하는 방법으로 증류(distillation)를 사용할 수 있다.Distillation can be used by separating 3-hydroxypropionic acid from the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid.

증류는 혼합물의 끓는점 차이를 이용하여 분리하는 방법으로 감압, 상압 및 가압하에 운전할 수 있다. 분리효율을 향상시키기 위해 용매를 투입할 수 있다. 반응과 분리를 동시에 수행하기 위해 반응증류(reactive distillation)를 사용할 수 있다.The distillation can be operated under reduced pressure, atmospheric pressure and pressure by separating the mixture using the boiling point difference. Solvent may be added to improve separation efficiency. Reactive distillation can be used to simultaneously perform the reaction and the separation.

이 경우 증류탑 내에 탈수촉매를 설치하여 3-하이드록시프로피온산을 아크릴산으로 전환하면서 동시에 혼합물을 분리할 수 있는 장점이 있다.
In this case, a dehydration catalyst is provided in the distillation column to convert 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid and to separate the mixture at the same time.

상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물에서 분리된 3-하이드록시프로피온산 순도는 70% 이상인 것이 바람직하다.
The purity of 3-hydroxypropionic acid isolated from the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid is preferably 70% or more.

상기 (c) 단계는 촉매에 의해 탈수시키는 것이 바람직하고, 상기 촉매로는 산성 촉매 또는 염기성 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들면, 산성 촉매는 다음과 같이 천연 또는 합성 규토질 재료 또는 산성 제올라이트, 헤테로폴리산, 산성 이온교환 수지를 포함하는 촉매; 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 붕소, 란타늄, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 몰리브데늄, 루테늄 금속 중 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 금속 인산염 촉매 및 TiO2, Al2O3, SiO2, SiO2-Al2O3 담체에 담지된 금속 인산염 촉매; TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2, SnO2, Ta2O3, Nb2O5, SiO2-Al2O3 중 선택된 1종 이상의 금속 산화물; ZrO2-SO4, ZrO2-PO4, ZrO2-WO3, ZrO2-SiO2, TiO2-SO4, TnO2-SO4, H3PO4-Al2O3, H3PO4-SiO2, H3PO4-ZrO2 중 선택된 1종을 포함하는 복합 산화물; 염산, 황산, 질산, 인산 등의 무기산 중 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 촉매를 사용할 수 있다.In the step (c), dehydration is preferably performed using a catalyst, and an acidic catalyst or a basic catalyst may be used as the catalyst. For example, the acidic catalyst may be a catalyst comprising a natural or synthetic silica material or an acidic zeolite, heteropoly acid, acidic ion exchange resin as follows: Metal phosphate catalyst comprising chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, boron, lanthanum, calcium, strontium, barium, molybdenum, one or more materials that are selected from ruthenium metal and TiO 2, Al 2 O 3, SiO 2, A metal phosphate catalyst supported on a SiO 2 -Al 2 O 3 carrier; At least one metal oxide selected from TiO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 3 , Nb 2 O 5 and SiO 2 -Al 2 O 3 ; ZrO 2 -SO 4 , ZrO 2 -PO 4 , ZrO 2 -WO 3 , ZrO 2 -SiO 2 , TiO 2 -SO 4 , TnO 2 -SO 4 , H 3 PO 4 -Al 2 O 3 , H 3 PO 4 -SiO 2 , and H 3 PO 4 -ZrO 2 ; A catalyst containing at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid can be used.

한편 염기성 촉매로는 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속의 산화물, 또는 수산화물; 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine) 또는 트리도데실아민(tridodecyl amine)으로 이루어지는 군에서 선택되는 아민류; 및 염기성 이온 교환으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 촉매를 사용할 수 있다.On the other hand, as the basic catalyst, oxides or hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals; Amines selected from the group consisting of trimethylamine, triethylamine or tridodecyl amine; And basic ion exchange may be used as the catalyst.

또한 상기 (c) 단계의 반응온도는 70 내지 300℃, 바람직하게는 100 내지 280℃ 이다. 압력은 감압, 상압, 가압 조건 모두 가능하고, 3-하이드록시프로피온산으로부터 아크릴산의 생산 수율이 90 % 이상, 바람직하게는 92 % 이상, 더욱 바람직하게는 95 % 이상으로 생산할 수 있다.The reaction temperature in the step (c) is 70 to 300 ° C, preferably 100 to 280 ° C. The pressure can be any of reduced pressure, atmospheric pressure, and pressurized condition, and the production yield of acrylic acid from 3-hydroxypropionic acid can be 90% or more, preferably 92% or more, more preferably 95% or more.

또한 본 발명에서 상기 3단계 반응은 회분식 반응기, 반회분식 반응기, 연속교반탱크 반응기, 플러그 흐름 반응기, 고정상 반응기 및 유동층 반응기로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 반응기 또는 이들 중 2 이상을 연결한 혼합 반응기에서 수행될 수 있다.
Also, in the present invention, the above-mentioned three-step reaction may be carried out in any one of reactors selected from the group consisting of a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous stirred tank reactor, a plug flow reactor, a stationary phase reactor and a fluidized bed reactor, Lt; / RTI >

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 변경 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 scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. Changes and modifications may fall within the scope of the appended claims.

실시예Example

산화촉매의 제조Preparation of oxidation catalyst

[합성예] [Synthesis Example]

HAuCl4·3H2O 12 mg을 증류수 100 ml에 녹이고, 0.2M의 수산화나트륨 수용액을 사용하여 용액의 pH를 10으로 맞추었다. 이 후 산화세륨 190 mg을 상기 용액에 분산시키고, 용액을 교반시키면서 70 ℃에서 각각 1, 3, 6, 12 시간 동안 유지시킨 후, 필터링, 워싱, 건조 단계를 거쳐 촉매를 얻었다.
12 mg of HAuCl 4 .3H 2 O was dissolved in 100 ml of distilled water and the pH of the solution was adjusted to 10 with 0.2 M aqueous sodium hydroxide solution. Thereafter, 190 mg of cerium oxide was dispersed in the solution, and the solution was kept at 70 ° C. for 1, 3, 6, and 12 hours while stirring, and then subjected to filtering, washing and drying to obtain a catalyst.

글리세롤로부터 알릴알코올의 제조 (a 단계)Preparation of allyl alcohol from glycerol (step a)

[실시예 1] [Example 1]

헬륨 분위기 하에서 플라스크 반응기(F1)에 글리세롤 27.6 g (300 mmol)과 포름산 20.71 g (450 mmol)을 투입한 후, 서서히 교반하면서 반응물의 온도를 230 ℃/hr 속도로 230 ℃로 승온시켜 알릴알코올을 제조하였다.
27.6 g (300 mmol) of glycerol and 20.71 g (450 mmol) of formic acid were charged into a flask reactor (F1) under helium atmosphere, and the temperature of the reaction was raised to 230 ° C. at a rate of 230 ° C./hr while slowly stirring, .

[실시예 2][Example 2]

포름산을 11.04 g (240 mmol)을 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 알릴알코올을 제조하였다.
Allyl alcohol was prepared in the same manner as in Example 1, except that 11.04 g (240 mmol) of formic acid was added.

알릴알코올로부터 3-From allyl alcohol, 3- 하이드록시프로피온산Hydroxypropionic acid 및 아크릴산의 제조 (b 단계) And acrylic acid (step b)

[실시예 3][Example 3]

알릴알코올 1.17ml에 수산화나트륨 2.07g, 증류수 17.24ml을 혼합하였다. 이 때 알릴알코올 1몰 당 수산화나트륨은 3몰이었다. 혼합 용액을 서서히 교반하면서, 상기 합성예에서 1시간 동안 합성 시간을 유지하여 제조한 산화촉매 30mg을 혼합용액에 투입하였다.2.07 g of sodium hydroxide and 17.24 ml of distilled water were mixed with 1.17 ml of allyl alcohol. At this time, sodium hydroxide per mole of allyl alcohol was 3 mole. While stirring the mixed solution slowly, 30 mg of the oxidation catalyst prepared by maintaining the synthesis time in the synthesis example for 1 hour was added to the mixed solution.

3기압의 산소를 반응기에 주입하면서, 반응기 온도를 50℃로 승온 후 24시간 동안 반응하여 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 제조하였다.3-Hydroxypropionic acid and acrylic acid were prepared by introducing oxygen of 3 atm into the reactor, raising the temperature of the reactor to 50 캜 and reacting for 24 hours.

[실시예 4][Example 4]

상기 합성예에서 3시간 동안 합성 시간을 유지하여 제조한 산화촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 제조하였다.3-hydroxypropionic acid and acrylic acid were prepared in the same manner as in Example 3, except that the oxidation catalyst prepared by maintaining the synthesis time for 3 hours in the synthesis example was used.

[비교예 1][Comparative Example 1]

담체없이 금 입자만으로 제조한 촉매를 혼합용액에 투입한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 반응하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 3, except that the catalyst prepared from only gold particles without a carrier was added to the mixed solution.

[비교예 2][Comparative Example 2]

활성탄 담체를 사용하여 제조한 촉매를 혼합용액에 투입한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 반응하였다.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 3, except that the catalyst prepared using the activated carbon carrier was added to the mixed solution.

3-3- 하이드록시프로피온산으로부터From hydroxypropionic acid 아크릴산의 제조 (c 단계) Production of acrylic acid (step c)

[실시예 5][Example 5]

3-하이드록시프로피온산에 인산(phosphoric acid) 100 g을 투입한 후, 180℃로 가열하였다. 반응기 내 하단에 설치된 가스 분배기(gas distributor)를 통해 질소를 bubbling하면서, 50 중량% 3-하이드록시프로피온산 수용액을 0.5 g/min의 속도로 반응기에 적가하였다. 기화된 생성물은 반응기에 연결된 응축기를 통과한 후 응축기 말단에 설치된 플라스크에 포집되었다.After adding 100 g of phosphoric acid to 3-hydroxypropionic acid, it was heated to 180 占 폚. A 50 wt% aqueous solution of 3-hydroxypropionic acid was added dropwise to the reactor at a rate of 0.5 g / min while bubbling nitrogen through a gas distributor installed at the bottom of the reactor. The vaporized product was passed through a condenser connected to the reactor and then collected in a flask installed at the end of the condenser.

[실시예 6][Example 6]

TiO2 촉매 8 g을 고정상 반응기(fixed-bed reactor)에 충진하고, 반응기 온도를 180℃로 가열한 후, 10중량% 3-하이드록시프로피온산 수용액을 3.0 g/hr의 속도로 반응기 상단으로부터 주입하였다. 생성물은 반응기 하단에 설치한 응축기를 통과한 후 플라스크에 포집되었다.
8 g of the TiO 2 catalyst was charged into a fixed-bed reactor, and the reactor temperature was heated to 180 ° C., and then a 10 wt% aqueous solution of 3-hydroxypropionic acid was injected from the top of the reactor at a rate of 3.0 g / hr . The product was passed through a condenser installed at the bottom of the reactor and then collected in a flask.

실험예Experimental Example

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 반응 생성물에 대하여, 각 단계별로 생성된 반응물의 전환율 및 선택도를 다음과 같이 분석하였다.
Conversion rates and selectivities of the reactants produced in the above Examples and Comparative Examples were analyzed as follows.

상기 (a) 단계에서 제조한 알릴알코올 및 미반응 글리세롤의 농도는 가스 크로마토그래피(GC 6890N, Agilent)를 이용하여 분석하였다.The concentrations of allyl alcohol and unreacted glycerol prepared in the step (a) were analyzed by gas chromatography (GC 6890N, Agilent).

상기와 같이 측정된 결과를 이용하여, 글리세롤 전환율 및 알릴알코올 선택도, 알릴알코올 수율을 하기 식 1 내지 3을 이용하여 계산하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.Using the results thus obtained, the conversion of glycerol, allyl alcohol selectivity, and allyl alcohol yield were calculated using the following formulas 1 to 3, and the results are shown in Table 2.

[식 1][Formula 1]

글리세롤 전환률(conversion, %) = 100 ×(반응 전 글리세롤 몰량 ― 반응 후 글리세롤 몰량)/(반응 전 글리세롤 몰량)Glycerol conversion rate (conversion,%) = 100 x (molar amount of glycerol before reaction - molar amount of glycerol after reaction) / (molar amount of glycerol before reaction)

[식 2][Formula 2]

알릴알코올 선택도(selectivity, %) = 100 × (생성된 알릴알코올 몰량)/(반응한 글리세롤 몰량)Allyl alcohol selectivity (%) = 100 (molarity of produced allyl alcohol) / (molar amount of glycerol reacted)

[식 3][Formula 3]

알릴알코올 수율(yield, %) = (글리세롤 전환율 × 알릴알코올 선택도)/100
Allyl alcohol yield (yield,%) = (glycerol conversion x allyl alcohol selectivity) / 100

상기 (b) 단계에서 제조한 액상 반응 생성물에 대하여, 액체 크로마토그래피(YL9100 HPLC, Young Lin Instrument Co.)를 이용하여, 알릴알코올, 아크릴산, 3-하이드록시프로피온산의 HPLC 면적% 분석을 통하여 분석하였다. 알릴알코올 전환률 및 3-하이드록시프로피온산 수율, 아크릴산 수율을 하기 식 4 내지 식 6을 이용하여 계산하였다.The liquid reaction product prepared in the step (b) was analyzed by HPLC area% analysis of allyl alcohol, acrylic acid and 3-hydroxypropionic acid using liquid chromatography (YL9100 HPLC, Young Lin Instrument Co.) . The conversion of allyl alcohol, the yield of 3-hydroxypropionic acid, and the yield of acrylic acid were calculated using the following formulas 4 to 6, respectively.

[식 4][Formula 4]

알릴알코올 전환률(conversion, %) = 100 × (반응 전 알릴알코올 몰량 ― 반응 후 알릴알코올 몰량)/(반응 전 알릴알코올 몰량)Allyl alcohol conversion (conversion,%) = 100 x (mole of allyl alcohol before reaction - mole of allyl alcohol after reaction) / (mole of allyl alcohol before reaction)

[식 5][Formula 5]

3-하이드록시프로피온산 수율(yield, %) = 100 × (생성된 3-하이드록시프로피온산 몰량)/(반응 전 알릴알코올 몰량)3-Hydroxypropionic acid yield (yield,%) = 100 x (molar amount of produced 3-hydroxypropionic acid) / (molar amount of allyl alcohol before reaction)

[식 6][Formula 6]

아크릴산 수율(yield, %) = 100 × (생성된 아크릴산 몰량)/(반응 전 알릴알코올 몰량)Yield of acrylic acid (yield,%) = 100 x (molar amount of acrylic acid produced) / (molar amount of allyl alcohol before reaction)

상기 (c) 단계에서 제조한 액상 반응 생성물에 대하여, 액체 크로마토그래피(YL9100HPLC, Young Lin Instrument Co.)를 이용하여, 아크릴산, 3-하이드록시프로피온산의 HPLC 면적% 분석을 통하여 분석하였다. 아크릴산 전환률 및 3-하이드록시프로피온산 선택도, 3-하이드록시프로피온산 수율을 하기 식 7 내지 식 9을 이용하여 계산하였다.The liquid reaction product prepared in the step (c) was analyzed by HPLC area% analysis of acrylic acid and 3-hydroxypropionic acid using liquid chromatography (YL9100HPLC, Young Lin Instrument Co.). Acrylic acid conversion, 3-hydroxypropionic acid selectivity and 3-hydroxypropionic acid yield were calculated using the following formulas 7 to 9.

[식 7][Equation 7]

3-하이드록시프로피온산 전환률(conversion, %) = 100 × (반응 전 3-하이드록시프로피온산 몰량 ― 반응 후 3-하이드록시프로피온산 몰량)/(반응 전 3-하이드록시프로피온산 몰량)3-hydroxypropionic acid conversion (conversion%) = 100 × (molar amount of 3-hydroxypropionic acid before reaction - molar amount of 3-hydroxypropionic acid after reaction) / (molar amount of 3-hydroxypropionic acid before reaction)

[식 8][Equation 8]

아크릴산 선택도(yield, %) = 100 × (생성된 아크릴산 몰량)/(반응한 3-하이드록시프로피온산 몰량)Acrylic acid selectivity (yield,%) = 100 x (molar amount of acrylic acid produced) / (molar amount of 3-hydroxypropionic acid reacted)

[식 9][Equation 9]

아크릴산 수율(yield, %) = (3-하이드록시프로피온산 전환률 × 아크릴산 선택도)/100
Yield of acrylic acid (yield,%) = (conversion of 3-hydroxypropionic acid x selectivity of acrylic acid) / 100

상기 실시예의 합성예에 따라 제조된 산화 촉매의 금 입자 크기를 측정하기 위햐여 투과전자 현미경(JEM-2100, JEOL)을 이용하였다. 합성시간이 1, 3, 6, 12 시간인 경우 모두 금 입자의 평균 크기는 5nm 이하였다. 또한 상기 산화 촉매의 금은 담지체 총 건조 중량에 대하여 5 중량% 이하였다.
A transmission electron microscope (JEM-2100, JEOL) was used to measure the gold particle size of the oxidation catalyst prepared according to the synthesis example of the above Example. When the synthesis time was 1, 3, 6, 12 hours, the average size of gold particles was less than 5 nm. The gold of the oxidation catalyst was 5 wt% or less based on the total dry weight of the support.

실험예Experimental Example 1: (a) 단계에서의 실험 결과 1: Experimental results in step (a)

글리세롤로부터 알릴알코올을 제조하는 (a) 단계의 반응에 대한 글리세롤 전환율, 알릴알코올 선택도 및 알릴알코올 수율을 표 1에 나타내었다. 반응에 투입되는 포름산의 몰 수가 클수록 글리세롤 전환율이 증가하였고, 포름산의 몰 수가 작을수록 글리세롤 전환율은 감소하였으나 알릴알코올 선택도는 증가하였다.
Table 1 shows the glycerol conversion, allyl alcohol selectivity and allyl alcohol yield for the reaction of step (a) for producing allyl alcohol from glycerol. The higher the mole number of formic acid added to the reaction, the higher the glycerol conversion. The lower the mole number of formic acid, the lower the glycerol conversion but the higher the allyl alcohol selectivity.

글리세롤 전환율, %Glycerol conversion,% 알릴알코올 선택도, %Allyl alcohol selectivity,% 알릴알코올 수율, %Allyl alcohol yield,% 실시예 1Example 1 9595 8585 80.780.7 실시예 2Example 2 7272 8989 64.164.1

실험예Experimental Example 2: (b) 단계에서의 실험 결과 2: Experimental results in step (b)

알릴알코올로부터 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 제조하는 (b) 단계의 반응에 대한 알릴알코올 전환율, 3-하이드록시프로피온산 수율 및 아크릴산 수율을 표2에 나타내었다. 반응시간이 증가할수록 3-하이드록시프로피온산 수율 및 아크릴산수율이 증가하였다. 비교예 1 및 비교예 2와 같이 담체를 사용하지 않거나 활성탄 담체를 사용하였을 경우 3-하이드록시프로피온산 수율 및 아크릴산 수율이 크게 감소하였다.
The conversion of allyl alcohol, the yield of 3-hydroxypropionic acid and the yield of acrylic acid for the reaction of step (b) for preparing 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid from allyl alcohol are shown in Table 2. As the reaction time increased, the yield of 3 - hydroxypropionic acid and the yield of acrylic acid increased. As in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, when the carrier was not used or the activated carbon carrier was used, the yield of 3-hydroxypropionic acid and the yield of acrylic acid were greatly decreased.

알릴알코올 전환율, %Allyl alcohol conversion,% 3-하이드록시
프로피온산 수율, %
3-hydroxy
Propionic acid yield,%
아크릴산 수율, %Acrylic acid yield,%
실시예 3Example 3 100100 28.428.4 51.151.1 실시예 4Example 4 100100 24.124.1 43.143.1 비교예 1Comparative Example 1 49.649.6 4.24.2 0.00.0 비교예 2Comparative Example 2 100100 18.518.5 0.80.8

실험예Experimental Example 3: (c) 단계에서의 실험 결과 3: Experimental results in step (c)

3-하이드록시프로피온산으로부터 아크릴산을 제조하는 (c) 단계의 반응에 대한 3-하이드록시프로피온산 전환율, 아크릴산 선택도 및 아크릴산 수율을 표 3에 나타내었다. 실시예 5 및 실시예 6와 같이 산성 촉매를 사용할 경우 아크릴산 수율은 90%이상 이었다.
Hydroxypropionic acid conversion, acrylic acid selectivity, and acrylic acid yield for the reaction of step (c) for preparing acrylic acid from 3-hydroxypropionic acid are shown in Table 3. < tb >< TABLE > When the acidic catalyst was used as in Example 5 and Example 6, the yield of acrylic acid was 90% or more.

3-하이드록시
프로피온산 전환율, %
3-hydroxy
Propionic acid conversion,%
아크릴산 선택도, %Acrylic acid selectivity,% 아크릴산 수율, %Acrylic acid yield,%
실시예 5Example 5 9797 9494 91.191.1 실시예 6Example 6 9595 9696 91.291.2

Claims (24)

(a) 글리세롤과 카르복실산을 포함하는 반응물로부터 알릴알코올을 포함하는 생성물을 제조하는 단계;
(b) 상기 알릴알코올을 포함하는 생성물에, 불균일계 촉매와 염기성 용액을 투입한 후, 이를 산화시켜 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계로,
상기 불균일계 촉매는 산화세륨(CeO2) 담지체에 5 nm 이하 크기의 금이 담지된 것을 특징으로 하는, 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물 중의 3-하이드록시프로피온산을 탈수 반응시켜 아크릴산을 제조하는 단계; 를 포함하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
(a) preparing a product comprising an allyl alcohol from a reactant comprising glycerol and a carboxylic acid;
(b) adding a heterogeneous catalyst and a basic solution to the product containing the allyl alcohol, and oxidizing the same to prepare a mixture containing 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid,
The heterogeneous catalyst is prepared by preparing a mixture comprising 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid, wherein the cerium oxide (CeO 2 ) carrier has a size of 5 nm or less. And
(c) dehydrating 3-hydroxypropionic acid in the mixture of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid to prepare acrylic acid; ≪ RTI ID = 0.0 > glycerol. ≪ / RTI >
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계 전에 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
And separating the 3-hydroxypropionic acid and the acrylic acid mixture before the step (c).
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 글리세롤 1당량에 대하여, 카르복실산 0.5 내지 2 당량을 투입하고, 220 내지 260℃에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
The method for producing acrylic acid from glycerol according to claim 1, wherein, in step (a), 0.5 to 2 equivalents of a carboxylic acid is added to 1 equivalent of glycerol and the reaction is carried out at 220 to 260 ° C.
청구항 1에 있어서,
상기 (b) 단계의 산화는, 산소 또는 산소 포함 기체를 투입하여, 산소의 부분압력이 절대압력 기준으로 0.01 내지 50 기압이고, 10 내지 120℃에서 반응하는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
The oxidation of the step (b) is carried out by introducing oxygen or an oxygen-containing gas, and the partial pressure of oxygen is 0.01 to 50 atmospheres based on the absolute pressure, and the reaction is carried out at 10 to 120 ° C. Way.
청구항 1에 있어서,
상기 불균일계 촉매의 금은 담지체 총 건조 중량에 대하여 5 중량% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heterogeneous catalyst comprises 5 wt% or less of gold based on the total dry weight of the carrier.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)에서 투입되는 염기성 용액은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 염기성 화합물을 물과 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the basic solution charged in step (b) is prepared by mixing a basic compound containing an alkali metal or an alkaline earth metal with water to produce acrylic acid from glycerol.
청구항 9에 있어서,
상기 염기성 화합물은 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 9,
Wherein the basic compound comprises at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계에서 상기 카르복실산은 포름산인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein in step (a), the carboxylic acid is formic acid.
청구항 11에 있어서,
상기 포름산은 포름산염 또는 포름산에스테르로부터 제조된 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 11,
Wherein the formic acid is prepared from a formate or a formate ester.
청구항 12에 있어서,
상기 포름산염은 다가 알코올(polyhydric alcohol) 생산 과정에서 생성되는 부산물인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
Wherein the salt of the formic acid is a by-product produced in the course of the production of polyhydric alcohols.
청구항 13에 있어서,
상기 다가 알코올은 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 트리메틸올에탄(trimethylolethane), 트리메틸올프로판(trimethylolpropane), 네오펜틸글리콜(neopentyl glycol)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the polyhydric alcohol is at least one selected from the group consisting of pentaerythritol, trimethylolethane, trimethylolpropane, neopentyl glycol, and the like. The polyhydric alcohol may be at least one selected from the group consisting of pentaerythritol, trimethylolethane, trimethylolpropane, neopentyl glycol, Way.
청구항 12에 있어서,
상기 포름산에스테르는 포름산메틸(methyl formate) 또는 포름산에틸(ethyl formate)인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
Wherein the formic acid ester is methyl formate or ethyl formate. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계에서 생성되는 알릴알코올의 함량이 알릴알코올을 포함하는 생성물 총 중량에 대하여 30 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the allyl alcohol produced in the step (a) is 30 wt% or more based on the total weight of allyl alcohol-containing products.
청구항 3에 있어서,
상기 3-하이드록시프로피온산 및 아크릴산 혼합물을 분리하는 단계는 추출, 결정화, 증류 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of separating the 3-hydroxypropionic acid and the acrylic acid mixture comprises using at least one selected from extraction, crystallization and distillation.
청구항 17에 있어서,
상기 분리된 3-하이드록시프로피온산 또는 아크릴산의 순도가 70% 이상인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the purity of the separated 3-hydroxypropionic acid or acrylic acid is 70% or more.
청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계는 70 내지 300℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (c) is carried out at 70 to 300 ° C.
청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계는 산성 촉매 또는 염기성 촉매를 사용하는 것을 특징으로 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (c) comprises using an acidic catalyst or a basic catalyst.
청구항 20에 있어서,
상기 산성 촉매는 천연 또는 합성 규토질 재료 또는 산성 제올라이트, 헤테로폴리산, 산성 이온교환 수지를 포함하는 촉매; 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 붕소, 란타늄, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 몰리브데늄, 루테늄 금속 중 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 금속 인산염 촉매 및 TiO2, Al2O3, SiO2, SiO2-Al2O3 담체에 담지된 금속 인산염 촉매; TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2, SnO2, Ta2O3, Nb2O5, SiO2-Al2O3 중 선택된 1종 이상의 금속 산화물; ZrO2-SO4, ZrO2-PO4, ZrO2-WO3, ZrO2-SiO2, TiO2-SO4, TnO2-SO4, H3PO4-Al2O3, H3PO4-SiO2, H3PO4-ZrO2 중 선택된 1종을 포함하는 복합 산화물; 염산, 황산, 질산, 인산 등의 무기산 중 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 촉매인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 20,
The acidic catalyst may be a natural or synthetic silica material or a catalyst comprising an acidic zeolite, heteropoly acid, acidic ion exchange resin; Metal phosphate catalyst comprising chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, boron, lanthanum, calcium, strontium, barium, molybdenum, one or more materials that are selected from ruthenium metal and TiO 2, Al 2 O 3, SiO 2, A metal phosphate catalyst supported on a SiO 2 -Al 2 O 3 carrier; At least one metal oxide selected from TiO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 3 , Nb 2 O 5 and SiO 2 -Al 2 O 3 ; ZrO 2 -SO 4 , ZrO 2 -PO 4 , ZrO 2 -WO 3 , ZrO 2 -SiO 2 , TiO 2 -SO 4 , TnO 2 -SO 4 , H 3 PO 4 -Al 2 O 3 , H 3 PO 4 -SiO 2 , and H 3 PO 4 -ZrO 2 ; Wherein the catalyst is a catalyst comprising at least one substance selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid.
청구항 20에 있어서,
상기 염기성 촉매는 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속의 산화물, 또는 수산화물; 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine) 또는 트리도데실아민(tridodecyl amine)으로 이루어지는 군에서 선택되는 아민류; 및 염기성 이온 교환으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 촉매인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 20,
The basic catalyst may be an oxide of an alkali metal or an alkaline earth metal, or a hydroxide; Amines selected from the group consisting of trimethylamine, triethylamine or tridodecyl amine; Wherein the catalyst is a catalyst comprising at least one substance selected from the group consisting of basic ion exchange and basic ion exchange.
청구항 20에 있어서,
상기 (c) 단계는 회분식 반응기, 반회분식 반응기, 연속교반탱크 반응기, 플러그 흐름 반응기, 고정상 반응기 및 유동층 반응기로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 반응기 또는 이들 중 2 이상을 연결한 혼합 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.
The method of claim 20,
The step (c) may be carried out in any reactor selected from the group consisting of a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous stirred tank reactor, a plug flow reactor, a fixed bed reactor and a fluidized bed reactor, or a mixed reactor ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계의 3-하이드록시프로피온산으로부터 아크릴산의 생산 수율이 80 % 이상인 것을 특징으로 하는 글리세롤로부터 아크릴산을 제조하는 방법.

The method according to claim 1,
Wherein the yield of acrylic acid production from 3-hydroxypropionic acid in step (c) is 80% or more.

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