KR101716563B1 - 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법에 관한 것이다.
메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드는 2,3-부탄디올의 탈수반응의 부산물로 함께 생성된다. 이 중 메틸에틸케톤은 산업적 부가가치가 높은 화합물로서, 이소부틸알데하이드로부터 분리하여 별도로 이용하는 경우 경제성이 높다.
메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드는 상온에서 액체 상태로서 이들의 혼합물에서 메틸에틸케톤을 분리하기 위해서는 증류를 하여야 한다.
그러나, 메틸에틸케톤은 끓는점이 79℃, 이소부틸알데하이드는 끓는점이 63℃로 끓는점의 차이가 거의 없고, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드의 혼합물은 공비를 형성하기 때문에 일반적인 증류를 행할 경우, 과도한 에너지가 소비되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하고, 일반적인 증류법과 대비하여 경제적이고 간편한 방법으로 메틸에틸케톤으로부터 이소부틸알데하이드를 효율적으로 제거하여 에너지 비용을 감소시키고자 하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 구체적으로 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물에 대하여,
a) 산화성 기체를 장입하면서 열처리하는 단계; 또는
b) 산화제를 접촉하면서 열처리하는 단계;
를 포함함으로써, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 의할 경우, 일반적인 증류법과 대비하여 경제적이고 간편한 방법으로 메틸에틸케톤으로부터 이소부틸알데하이드를 효율적으로 제거하여 에너지 비용을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 기액 반응에 의한 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 2는 기상 반응에 의한 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 2는 기상 반응에 의한 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 도시한 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 및 이를 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예 및 도면은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법 에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예는 구체적으로 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물에 대하여,
a) 산화성 기체를 장입하면서 열처리하는 단계; 또는
b) 산화제를 접촉하면서 열처리하는 단계;
를 포함함으로써, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 제공한다.
본 발명의 분리 방법에 있어서, 상기 a) 단계와 b) 단계는 선택적으로 포함될 수 있다.
먼저 도 1을 통해 a) 단계(기액 반응)에 대하여 설명한다.
도 1은 기액 반응, 즉 a) 단계에 의한 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 메틸에틸케톤(Methyl Ethyl Ketone, MEK) 및 이소부틸알데하이드(Isobutyraldehyde, IBA)를 포함하는 공비 혼합물에 대하여, 산화성 기체를 장입하면서 열처리하면, 이소부틸알데하이드가 산화되어 이소부티르산(Isobutyric Acid, IBAC)으로 전환되고, 이소부티르산은 끓는점이 155℃이므로 메틸에틸케톤과의 증류가 원활히 이루어지게 된다.
여기에서, 상기 a) 단계의 산화성 기체는 산소, 오존 및 공기(air)로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤으로부터 선택되는 적어도 하나의 비활성 기체와 함께 장입될 수도 있다.
여기에서, 상기 a) 단계의 산화성 기체는 0~2 bar 의 범위에서 선택되는 부분압으로 장입될 수 있다.
산화성 기체의 장입 압력이 2 bar를 초과하는 경우에는 공비 혼합물의 유동을 저해하는 문제가 있다.
여기에서, 상기 a) 단계의 열처리는 30~70℃의 범위에서 선택되는 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 30℃ 미만일 경우에는 유도하는 산화반응이 발생하지 않는 문제가 있고, 열처리 온도가 70℃를 초과하는 경우에는 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드가 기화되는 문제가 발생한다 .
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 a) 단계에서 사용되는 반응기 내에는 비드(bead)가 충진될 수 있는데, 상기 반응기 내 충진된 비드는 유리 비드 또는 산화알루미늄 비드일 수 있다.
메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물에 대하여, 메틸에틸케톤을 효율적으로 분리하기 위해서는 이소부틸알데하이드의 산화반응이 원활히 일어나야 하는데, 이를 위해서는 상기 공비 혼합물과 상기 산화성 기체의 접촉 면적을 넓힐 필요가 있는바, 이는 상기 반응기 내 충진된 비드에 의해 달성될 수 있다.
이 때, 반응기 내에서 상기 혼합물의 주입 방향과 상기 산화성 기체의 장입 방향은 서로 동일 또는 반대 방향일 수 있다.
예를 들어, 상기 공비 혼합물은 상기 반응기의 상부에서 하부를 향해 주입됨으로써 중력 방향을 따라 상기 반응기 내에서 하강할 수 있으며, 상기 산화성 기체는 상기 반응기의 하부에서 상부를 향해 장입됨으로써 상기 기체의 확산 방향을 따라 상기 반응기 내에서 상승할 수 있다.
여기에서, 상기 반응기 내 충진된 비드는 상기 공비 혼합물과 상기 산화성 기체의 이동 속도를 저감시키기 위한 역할을 수행함과 동시에, 확산 방향을 넓힘으로써 상기 혼합물과 상기 산화성 기체의 접촉 면적을 최대화하게 된다.
다음으로 도 2를 통해 b) 단계(기상 반응)에 대하여 설명한다.
도 2는 기상 반응, 즉 b) 단계에 의한 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물을 산화제가 장입된 반응기 내 주입하고 열처리하면, 기화된 공비 혼합물이 산화제와 접촉하면서 이소부틸알데하이드가 산화되어 이소부티르산으로 전환되고, 이소부티르산은 끓는점이 155℃이므로 공비 혼합물은 기상의 메틸에틸케톤과 액상의 이소부티르산으로 분리됨으로써 메틸에틸케톤의 분리가 원활히 이루어지게 된다.
여기에서, 상기 b) 단계의 산화제는 산화알루미늄, 실리카겔, 제올라이트로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
여기에서, 상기 b) 단계의 열처리는 70~120℃의 범위에서 선택되는 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 70℃ 미만일 경우에는 메틸에틸케톤과 이소부틸알데하이드가 기화되지 않아 산화제와 만나지 못하는 문제가 있고, 열처리 온도가 120℃를 초과하는 경우에는 공비 혼합물이 급속한 기화에 의해 산화제와 충분한 접촉 시간을 가지지 못한 채 외부로 끓어 배출되는 문제가 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 b) 단계에서 사용되는 반응기 내에는 비드(bead)가 충진될 수 있는데, 상기 반응기 내 충진된 비드는 상기한 산화제 비드일 수 있다.
메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물에 대하여, 메틸에틸케톤을 효율적으로 분리하기 위해서는 이소부틸알데하이드의 산화반응이 원활히 일어나야 하는바, 이를 위해서는 상기 공비 혼합물과 상기 산화제의 접촉 면적을 넓힐 필요가 있는바, 이는 상기 반응기 내 충진된 산화제 비드에 의해 달성될 수 있다.
여기에서, 상기 반응기 내 충진된 산화제 비드는 기화된 상기 공비 혼합물의 이동 속도를 저감시키기 위한 역할을 수행함과 동시에, 확산 방향을 넓힘으로써 상기 공비 혼합물과 상기 산화제의 접촉 면적을 최대화하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예
1 -
기액반응기를
이용한 분리
도 1에서와 같이 2개의 주입구(inlet)와 2개의 출구(outlet)로 구성된 반응기에서 공비혼합물(메틸에틸케톤+이소부틸알데하이드)은 상부 주입구로 공급하고 기체 산화제인 산소를 하부 주입구로 공급하였다. 이 때 공비혼합물의 조성은 메틸에틸케톤 90 mol%, 이소부틸알데하이드 10 mol% 로 구성되었다. 공비혼합물은 중력에 의해 반응기 내에서 아래쪽으로 떨어지는 반면, 기체 산화제는 밀도차에 의해 위쪽으로 이동하면서 공비혼합물과 기체 산화제의 접촉면적이 커진다. 이 때 기체 산화제의 이동을 분산시켜주기 위해 반응기 내에는 불활성이거나 약산성을 띄고 있는 실리카겔과 알루미나 비드를 채워주었다. 반응기 내 온도는 30~70℃로 유지하면서 상기 공비혼합물과 기체 산화제를 공급하여 주었다.
그 결과, 상부 출구로는 반응 기체 산화제가 배출되고, 하부 출구로는 메틸에틸케톤 90 mol% 와 산화된 이소부틸알데하이드인 이소부티르산 10 mol%이 배출되었다.
메틸에틸케톤은 끓는점이 79℃, 이소부티르산은 끓는점이 155℃인바, 간단한 증류공정에 의하여 고순도 메틸에틸케톤을 얻어낼 수 있었다.
실시예
2 - 기상반응기를 이용한 분리
도 2에서와 같이 증류-반응기는 공비혼합물이 공급되는 하부 주입구와 반응물이 배출되는 상부 출구로 구성되고, 증류-반응기의 내부는 고체 산화제인 알루미나, 지올라이트 등으로 채워진다. 이 때 공비혼합물의 조성은 메틸에틸케톤 90 mol%, 이소부틸알데하이드 10 mol% 로 구성되었다. 하부 주입구 측에서 70~120℃의 온도로 가열된 상태에서 공비 혼합물을 공급하면 메틸에틸케톤과 이소부틸알데하이드는 증류 반응기의 상단부 방향으로 기화되어 이동한다. 이 때 반응기 내부 중단부에 위치한 고체산화물과 기체상태인 공비혼합물이 접촉하면서 이소부틸알데하이드가 이소부티르산으로 전환되는데, 끓는점이 약 150℃ 인 이소부틸릭산은 액화되어 증류-반응기 내에서 상단부로 이동하지 못하고, 하단부로 떨어지게 된다. 최종적으로 상부 출구로는 순도 99% 이상의 메틸에틸케톤만 배출되고 하단부에는 이소부티르산만 남게 되어 별도 분리/정제 없이 두 물질이 분리된다
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Claims (14)
- 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물에 대하여,
반응기의 하부 주입구 측에서 상기 혼합물을 가열한 상태에서 공급하여 반응기의 상단부 방향으로 기화시키고,
기화된 상기 혼합물을 반응기 내부의 고체 산화제와 접촉시키는 단계;를 포함하는, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법.
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- 제 1항에 있어서,
상기 산화제는 산화알루미늄, 실리카겔, 제올라이트로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 가열은 70~120℃의 범위에서 선택되는 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 혼합물 및 상기 고체 산화제와의 반응에 의하여 이소부틸알데하이드가 이소부티르산으로 전환되는 것을 특징으로 하는, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 반응기는 비드(bead)로 충진되고, 상기 비드가 산화제 비드인, 메틸에틸케톤 및 이소부틸알데하이드를 포함하는 공비 혼합물로부터 메틸에틸케톤을 분리하는 방법.
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| US6476260B1 (en) | 1997-10-02 | 2002-11-05 | Rwe-Dea Aktiengesellschraft Fur Mineraloel Und Chemie | Method of producing aldehydes and carboxylic acids by oxidizing primary alcohols |
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2015
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2016
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