KR102234216B1 - Process for Regenerating Zeolite Catalysts for Carbonylation of Dimethyl Ether by Plasma Treatment in a Saturated Steam Flow - Google Patents

Process for Regenerating Zeolite Catalysts for Carbonylation of Dimethyl Ether by Plasma Treatment in a Saturated Steam Flow Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 다이메틸 에테르 함유 반응물 가스로부터 메틸 아세테이트를 합성하는 데 사용된 제올라이트 촉매를 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마로 처리하여 재생하는 방법, 이 방법에 사용되는 촉매 재생 장치, 이를 통해 재생된 촉매 및 이 재생 촉매를 이용한 메틸 아세테이트의 합성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구체예에 따른 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법은 상온, 상압의 비교적 온화한 조건 및 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 처리에 의해 촉매 기공 내부에 침적된 코크를 제거함으로써, 촉매의 구조 안정성이 보장되어 반복적인 재생 및 사용이 가능하다.The present invention relates to a method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether. Specifically, the present invention relates to a method for regenerating a zeolite catalyst used to synthesize methyl acetate from a dimethyl ether-containing reactant gas with plasma under saturated steam flow, a catalyst regeneration device used in this method, and a catalyst regenerated through it. And a method for synthesizing methyl acetate using the regeneration catalyst. The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to an embodiment of the present invention is to remove coke deposited in the pores of the catalyst by plasma treatment under relatively mild conditions at room temperature and atmospheric pressure, and a saturated steam flow. The structural stability of the product is guaranteed, allowing repeated regeneration and use.

Description

포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 처리에 의한 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법{Process for Regenerating Zeolite Catalysts for Carbonylation of Dimethyl Ether by Plasma Treatment in a Saturated Steam Flow}Process for Regenerating Zeolite Catalysts for Carbonylation of Dimethyl Ether by Plasma Treatment in a Saturated Steam Flow}

본 발명은 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 다이메틸 에테르 함유 반응물 가스로부터 메틸 아세테이트를 합성하는 데 사용된 제올라이트 촉매를 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마로 처리하여 재생하는 방법, 이를 통해 재생된 촉매, 이 방법에 사용되는 촉매 재생 장치 및 이 재생 촉매를 이용한 메틸 아세테이트의 합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether. Specifically, the present invention relates to a method for regenerating a zeolite catalyst used to synthesize methyl acetate from a dimethyl ether-containing reactant gas with plasma under saturated steam flow, a catalyst regenerated through it, and a catalyst regeneration device used in this method. And a method for synthesizing methyl acetate using the regeneration catalyst.

부생 가스 등과 같이 수소 및 일산화탄소, 이산화탄소를 포함하는 C1 가스를 활용하여 촉매 화학적 단계별 전환을 통해 에탄올(혹은 아세트산)을 선택적으로 제조하는 공정이 최근 주목을 받고 있다. 구체적으로, C1 가스로부터 다이메틸 에테르(dimethyl ether; DME)를 합성하고, 다이메틸 에테르를 카르보닐화(carbonylation)시켜 메틸 아세테이트(methyl acetate; MA)를 합성한 후, 메틸 아세테이트를 수소화(hydrogenation)시켜 에탄올(ethanol)을 합성할 수 있다.A process of selectively producing ethanol (or acetic acid) through catalytic chemical stepwise conversion using C1 gas including hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide, such as by-product gas, has recently attracted attention. Specifically, dimethyl ether (DME) was synthesized from C1 gas, and methyl acetate (MA) was synthesized by carbonylation of dimethyl ether, and then methyl acetate was hydrogenated. To synthesize ethanol.

기존의 부생 가스 혹은 합성 가스의 직접적인 촉매 화학적 전환 루트를 통해 에탄올을 포함한 다양한 알콜류를 합성하는 방법은 다양한 생성물로 인한 에탄올 수율의 저하 및 특히 로듐(Rh)과 같은 고가의 귀금속 계통의 불균일 촉매에서 전환 활성을 보이는 문제로 인해, 촉매의 가격이나 에탄올 분리 등의 부가적인 문제들이 발생하는 것으로 보인다[J. Catal. 261 (2009) 9-16, Catal. Today 120 (2007) 90-95, Fuel 86 (2007) 1298-1303 등 참조].The method of synthesizing various alcohols, including ethanol, through a direct catalytic chemical conversion route of conventional by-product gas or synthesis gas, decreases the ethanol yield due to various products and converts from heterogeneous catalysts of expensive precious metal systems such as rhodium (Rh) in particular. Due to the problem showing activity, additional problems such as the cost of the catalyst and ethanol separation appear to occur [J. Catal. 261 (2009) 9-16, Catal. Today 120 (2007) 90-95, Fuel 86 (2007) 1298-1303, etc.].

이러한 합성 가스의 직접 전환에 의한 에탄올 등의 유용한 화학 물질의 생산은 특히 셰일 가스나 부생 가스, 바이오매스(biomass) 유래 합성 가스 등의 다양한 조성을 가진 C1 가스를 활용해 C1 가스의 고부가화를 위한 다양한 연구로서 시도되고 있다. 특히, 석유 자원의 편중에 따른 급격한 가격 변동 및 자원 보호주의, 에너지 고갈, 환경 오염 등의 문제로 인해, 석유 자원에 비해 피드스탁(feedstock)이 다양하고 공급이 비교적 풍부한 다양한 가스 자원을 활용해 유용한 고부가가치 화학 물질을 합성하는 기술 개발을 통해 C1 가스의 효율적인 활용을 위한 연구가 폭넓게 시도되고 있다.The production of useful chemicals such as ethanol by direct conversion of the synthesis gas is particularly useful for the high-addition of C1 gas by utilizing C1 gas having various compositions such as shale gas, by-product gas, and biomass-derived synthesis gas. It is being tried as a research. In particular, due to problems such as rapid price fluctuations due to the concentration of petroleum resources, resource protectionism, energy depletion, and environmental pollution, it is useful to utilize various gas resources with a variety of feedstock and relatively abundant supply compared to petroleum resources. Research for the efficient use of C1 gas has been widely attempted through the development of technology for synthesizing value-added chemicals.

이러한 기술적 흐름은 근래의 바이오 에탄올이나 에탄올-휘발유 혼합 연료 사용 등의 증가와 일맥상통한다. 이러한 이유로 기존의 바이오 루트를 경유한 C1 가스 전환이나, 부생 가스와 같은 합성 가스의 화학 촉매 전환을 이용해 에탄올 등의 고부가가치 화학 물질을 합성하는 기술을 뛰어넘는 더 효율적이고 경제성이 뛰어난 새로운 기술 개발에 대한 요구가 증대되고 있다.This technological trend is in line with the recent increase in the use of bioethanol or ethanol-gasoline mixed fuels. For this reason, it is necessary to develop new technologies that are more efficient and economical than the technology of synthesizing high value-added chemicals such as ethanol using C1 gas conversion via the existing bio route or chemical catalytic conversion of synthetic gases such as by-product gas. The demand for it is increasing.

한편, 합성 가스의 직접적 전환을 통한 다양한 알코올을 합성하는 낮은 에탄올 수율의 반응 경로를 개선하기 위해, 다단계 반응 공정을 포함하는 에탄올 합성 관련 선행 연구가 보고되어 있다. 특히, 제올라이트 계열의 고체산 촉매를 이용해 다이메틸 에테르를 메틸 아세테이트로 선택적으로 전환하는 연구[Angew. Chem. Int. Ed. 45 (2006) 1617-1620]나 합성 가스와 다이메틸 에테르나 메틸 아세테이트를 경유한 에탄올의 합성 경로[Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 5484-5488]에 대한 연구가 보고된 바 있다.On the other hand, in order to improve the reaction path of low ethanol yield for synthesizing various alcohols through direct conversion of the synthesis gas, prior studies related to ethanol synthesis including a multi-step reaction process have been reported. In particular, a study on selectively converting dimethyl ether to methyl acetate using a zeolite-based solid acid catalyst [Angew. Chem. Int. Ed. 45 (2006) 1617-1620] or the synthetic route of ethanol via synthesis gas and dimethyl ether or methyl acetate [Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 5484-5488] has been reported.

이러한 선행 연구들은 공통적으로 부반응을 최소한으로 억제하여 다단계 반응의 중간 물질인 다이메틸 에테르나 메틸 아세테이트의 수율을 극대화하는 데 집중하고 있으며, 결국 최종 산물인 에탄올의 수율을 높이는 결과로 귀결될 것으로 보인다. 특히, 다단계 반응의 중간 반응인 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 합성에 관한 선행 연구에서 페리어라이트(ferrierite) 제올라이트 시드(seed)를 이용해 촉매의 결정성을 높여서 합성할 경우, 높은 촉매 활성과 생성물인 메틸 아세테이트의 탁월한 고선택성을 구현할 수 있는 것으로 보고되었다[Catal. Today 303 (2018) 93-99, Catal. Sci. Technol. 8 (2018) 3060-3072].These previous studies have been concentrating on maximizing the yield of dimethyl ether or methyl acetate, which are intermediates of multi-step reactions, by minimizing side reactions in common, which is expected to result in an increase in the yield of the final product, ethanol. In particular, in a previous study on the synthesis of methyl acetate by the carbonylation reaction of dimethyl ether, which is an intermediate reaction in a multi-step reaction, when the catalyst is synthesized by increasing the crystallinity of the catalyst, ferrierite zeolite seeds are used. It has been reported that high catalytic activity and excellent high selectivity of the product methyl acetate can be realized [Catal. Today 303 (2018) 93-99, Catal. Sci. Technol. 8 (2018) 3060-3072].

그러나, 이러한 고체산 계열 촉매는 일반적인 탄화수소 생성 반응에서 부반응으로 코크(coke) 침적이 동반되는데, 이와 같은 촉매 표면에서의 탄소 침적은 다양한 고체산 촉매의 주요한 촉매 비활성화 원인으로 보고되고 있으며, 따라서 촉매의 장시간 사용을 위해서는 촉매의 재생 공정이 필수적이다.However, these solid acid-based catalysts are accompanied by coke deposition as a side reaction in the general hydrocarbon production reaction, and carbon deposition on the catalyst surface is reported as a major catalyst deactivation cause of various solid acid catalysts. For long-term use, a catalyst regeneration process is essential.

구체적으로, 페리어라이트 촉매를 사용하여 약 70% 이상의 높은 수율과 99% 이상의 선택도로 메틸 아세테이트를 합성하는 것이 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나, 페리어라이트 촉매의 부반응에 의해 생성된 탄화수소 물질, 즉 코크가 촉매의 기공 내에 침적되어 촉매의 활성을 급격하게 떨어뜨리는 문제가 있다. 이러한 코크의 생성은 열역학적인 이유에 기인하므로, 이를 완전히 억제하기는 매우 어렵다.Specifically, it is known that it is possible to synthesize methyl acetate with a high yield of about 70% or more and a selectivity of 99% or more using a ferrierite catalyst. However, there is a problem in that a hydrocarbon material, that is, coke, generated by a side reaction of the ferrierite catalyst is deposited in the pores of the catalyst, and the activity of the catalyst is rapidly deteriorated. Since the formation of this coke is due to thermodynamic reasons, it is very difficult to completely suppress it.

일반적으로, 코크의 제거를 위해 코크 침적으로 비활성화된 촉매를 고온의 산소(혹은 공기) 하에서 열처리하여 재생하는 기술이 알려져 있는데, 촉매 재생 시에 가해진 열로 인해 촉매의 구조가 변형되어 촉매의 구조 안정성이 훼손되면, 재생 촉매는 본래의 촉매에 비해 촉매 활성이 저하되어 재생 후 수 차례 반복 사용하는 것이 어려울 수 있다.In general, a technology for regenerating a catalyst deactivated by coke deposition by heat treatment under high temperature oxygen (or air) to remove coke is known.The structure of the catalyst is deformed due to the heat applied during catalyst regeneration, resulting in structural stability of the catalyst. If damaged, the regenerated catalyst may have a lower catalytic activity compared to the original catalyst, and thus it may be difficult to repeatedly use it several times after regeneration.

J. Catal. 261 (2009) 9-16 J. Catal. 261 (2009) 9-16 Catal. Today 120 (2007) 90-95 Catal. Today 120 (2007) 90-95 Fuel 86 (2007) 1298-1303 Fuel 86 (2007) 1298-1303 Angew. Chem. Int. Ed. 45 (2006) 1617-1620 Angew. Chem. Int. Ed. 45 (2006) 1617-1620 Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 5484-5488 Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 5484-5488 Catal. Today 303 (2018) 93-99 Catal. Today 303 (2018) 93-99 Catal. Sci. Technol. 8 (2018) 3060-3072 Catal. Sci. Technol. 8 (2018) 3060-3072

따라서, 본 발명의 목적은 C1 가스로부터 에탄올(혹은 아세트산)을 다단계로 합성하는 경로 중 제올라이트 고체산 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 두번째 합성 단계에서 부반응으로 생성되어 촉매 표면에 침적되는 코크를 효과적으로 제거하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to synthesize methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a zeolite solid acid catalyst in a multi-stage synthesis of ethanol (or acetic acid) from C1 gas. It is to provide a method of effectively removing coke deposited on the catalyst surface.

본 발명의 다른 목적은 위 방법을 통해 재생된 촉매를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a catalyst regenerated through the above method.

본 발명의 또 다른 목적은 위 방법에 사용되는 촉매 재생 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a catalyst regeneration apparatus used in the above method.

본 발명의 또 다른 목적은 이 재생 촉매를 이용한 메틸 아세테이트의 합성 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for synthesizing methyl acetate using this regeneration catalyst.

본 발명의 일 구체예에 따라서, (1) 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입하는 단계; (2) 포화 수증기를 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급하는 단계; 및 (3) 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거하는 단계를 포함하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, (1) introducing a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether in a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus; (2) supplying saturated steam together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus; And (3) applying a high voltage to a high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under a flow of saturated steam to remove 5 to 50% by weight of the total deposited coke. A method for regenerating a catalyst is provided.

본 발명의 다른 구체예에 따라서, 위 방법에 의해 재생된 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매로서, 미사용 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매에 비해 다이메틸 에테르 전환율과 메틸 아세테이트 선택도가 상대적으로 높은 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 재생 제올라이트 촉매가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, as a zeolite catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether regenerated by the above method, dimethyl ether conversion and methyl acetate are selected compared to the zeolite catalyst for the carbonylation reaction of unused dimethyl ether. A regenerated zeolite catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether with a relatively high degree is provided.

본 발명의 또 다른 구체예에 따라서, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용된 제올라이트 촉매를 수용할 수 있는 유전체 소재의 관형 용기; 관형 용기의 외벽에 배치된 접지 전극; 관형 용기와 평행하게 공간적으로 이격되도록, 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매에 삽입되며, 접지 전극보다 높은 전압이 인가되는 고전압 전극; 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매가 정해진 구역에 위치하도록 고정시키기 위한 고정부; 포화 수증기 공급부; 포화 수증기를 촉매 재생 장치 내로 이송시기키 위해 공기의 흐름을 발생시키는 공기 공급부; 및 고전압 전극에 조절된 전압을 제공하는 전원부를 구비하되, 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 제올라이트 촉매의 기공 내부에 침적되어 있는 총 코크의 5~50 중량%를 제거하는 데 사용되는, 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a tubular container made of a dielectric material capable of accommodating a zeolite catalyst used in the carbonylation reaction of dimethyl ether; A ground electrode disposed on the outer wall of the tubular container; A high voltage electrode inserted into the zeolite catalyst accommodated in the tubular container so as to be spatially spaced apart from the tubular container, and applied with a voltage higher than that of the ground electrode; A fixing part for fixing the zeolite catalyst contained in the tubular container to be located in a predetermined area; Saturated steam supply; An air supply unit generating a flow of air to transfer saturated steam into the catalyst regeneration device; And a power supply for providing a regulated voltage to the high voltage electrode, which generates plasma under saturated steam flow by applying a high voltage to the high voltage electrode to remove 5 to 50% by weight of the total coke deposited in the pores of the zeolite catalyst. Used to, a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus is provided.

본 발명의 또 다른 구체예에 따라서, (a) 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 단계; (b) 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입하는 단계; (c) 포화 수증기를 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급하는 단계; 및 (d) 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거하는 단계; 및 (e) 재생된 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 단계를 포함하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 제조 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, (a) synthesizing methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether; (b) introducing a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether into the dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus; (c) supplying saturated water vapor together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus; And (d) applying a high voltage to a high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under a flow of saturated steam to remove 5 to 50% by weight of the total immersion coke. And (e) synthesizing methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a regenerated zeolite catalyst.

본 발명의 구체예에 따른 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법은 상온, 상압의 비교적 온화한 조건 및 포화 수증기의 흐름 하에서 플라즈마 처리에 의해 촉매 기공 내부에 침적된 코크를 효과적으로 제거함으로써, 촉매의 구조 안정성이 보장되어 반복적인 재생 및 사용이 가능하다. 또한, 일정량의 코크를 제거하지 않고 잔류시켜 반응 속도를 조절함으로써, 반응물인 다이메틸 에테르와 일산화탄소의 비효율적인 소모 및 이에 따른 코크 침적 반응 등의 부반응을 억제할 수 있다. 그 결과, 보다 긴 시간 동안 일정한 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 활성을 유지하여, 메틸 아세테이트를 선택적으로 제조할 수 있다.The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to an embodiment of the present invention can effectively remove coke deposited in the pores of the catalyst by plasma treatment under relatively mild conditions at room temperature and atmospheric pressure, and a flow of saturated steam. , The structural stability of the catalyst is guaranteed, allowing repeated regeneration and use. In addition, by adjusting the reaction rate by remaining without removing a certain amount of coke, inefficient consumption of dimethyl ether and carbon monoxide, which are reactants, and side reactions such as coke deposition reaction can be suppressed. As a result, it is possible to selectively prepare methyl acetate by maintaining a constant carbonylation reaction activity of dimethyl ether for a longer period of time.

도 1은 제올라이트 촉매의 재생을 위한 본 발명의 구체예에 따른 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 다이메틸 에테르 반응 전후 재생 촉매들의 분말 X-선 회절(powder XRD) 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 반응 후 촉매 및 재생 촉매들의 열중량분석(TGA) 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 반응 전후 촉매 및 재생 촉매들의 암모니아 탈착 분석 결과를 도시한 도면이다.
1 schematically shows a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus according to an embodiment of the present invention for regeneration of a zeolite catalyst.
FIG. 2 is a diagram showing powder XRD analysis results of regeneration catalysts before and after dimethyl ether reaction.
3 is a diagram showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) of catalysts and regeneration catalysts after reaction.
4 is a view showing the results of ammonia desorption analysis of catalysts and regeneration catalysts before and after reaction.

이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 구체예에 따라서, (1) 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입하는 단계; (2) 포화 수증기를 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급하는 단계; 및 (3) 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거하는 단계를 포함하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, (1) introducing a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether in a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus; (2) supplying saturated steam together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus; And (3) applying a high voltage to a high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under a flow of saturated steam to remove 5 to 50% by weight of the total deposited coke. A method for regenerating a catalyst is provided.

위 단계 (1)에서 내외부에 각각 고전압 전극과 접지 전극을 구비한 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입한다. 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치에 대한 구체적인 내용은 후술한다.In the above step (1), a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether, is introduced into a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus each having a high voltage electrode and a ground electrode on the inside and outside. . Details of the dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus will be described later.

한편, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트(zeolite) 촉매는 고체산(solid acid) 촉매의 일종으로서, 페리어라이트(ferrierite), 모데나이트(mordenite), MFI(ZSM-5) 제올라이트, 훠자사이트(faujasite; FAU) 제올라이트, Y-제올라이트로 등으로부터 선택되는 고체산 제올라이트 촉매가 바람직하나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, the zeolite catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether is a kind of solid acid catalyst, such as ferrierite, mordenite, MFI (ZSM-5) zeolite, and honey. A solid acid zeolite catalyst selected from faujasite (FAU) zeolite, Y-zeolite furnace and the like is preferable, but is not particularly limited thereto.

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되는 제올라이트 촉매 중 페리어라이트는 8,10-분자고리(8,10-membered ring)가 연결된 2차원 구조를 가지고 있으며, 평균 세공 크기가 약 5 Å 정도인 기공 특성을 갖는 것이 바람직하나, 이러한 기공 특성으로 특별히 제한되는 것은 아니다.Among the zeolite catalysts used in the carbonylation reaction of dimethyl ether, ferrierite has a two-dimensional structure in which an 8,10-membered ring is connected, and has an average pore size of about 5 Å. It is preferable to have pore characteristics, but is not particularly limited to these pore characteristics.

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용된 제올라이트 촉매는 그 미세기공(micropore) 및 중형기공(mesopore) 내부에 코크가 침적되어, 촉매의 활성이 저하된 것이다.In the zeolite catalyst used in the carbonylation reaction of dimethyl ether, coke is deposited in the micropores and mesopores, and the activity of the catalyst is reduced.

위 단계 (2)에서, 포화 수증기가 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급된다. 이때, 포화 수증기는 항온 수조로부터 발생된 것일 수 있다. 포화 수증기의 온도는 10~100℃이고 압력은 상압일 수 있으나, 이러한 조건으로 특별히 제한되는 것은 아니다.In the above step (2), saturated water vapor is supplied together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus. At this time, the saturated steam may be generated from the constant temperature water bath. The temperature of the saturated steam is 10 ~ 100 ℃, the pressure may be normal pressure, but is not particularly limited to these conditions.

구체적으로, 항온 수조에서 발생된 포화 수증기는 공기 공급부에 의해 발생되는 공기의 흐름에 의해 촉매 재생 장치로 공급될 수 있다. 여기서, 공기 공급부는 공기 저장 실린더, 공기 질량 유량계 및 가스 라인을 포함할 수 있으나, 이러한 구성으로 특별히 제한되는 것은 아니다.Specifically, the saturated steam generated in the constant temperature water tank may be supplied to the catalyst regeneration device by the flow of air generated by the air supply unit. Here, the air supply unit may include an air storage cylinder, an air mass flow meter, and a gas line, but is not particularly limited to this configuration.

위 단계 (3)에서, 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기의 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거한다. 바람직하게는, 총 침적 코크의 10~45 중량%, 15~45 중량%, 20~45 중량% 또는 20~40 중량%를 제거할 수 있다.In the above step (3), a high voltage is applied to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under the flow of saturated steam to remove 5-50% by weight of the total immersion coke. Preferably, 10 to 45% by weight, 15 to 45% by weight, 20 to 45% by weight, or 20 to 40% by weight of the total immersion coke may be removed.

위 단계 (3)에서, 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge; DBD)에 의해 플라즈마가 발생될 수 있다. "유전체 장벽 방전"이란 절연 유전체 장벽으로 분리된 두 전극 사이에서의 전기적 방전을 의미한다. 후술하는 본 발명의 구체예에 따른 촉매 재생 장치에서는 알루미나 튜브를 유전체 장벽으로 사용할 수 있으나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다.In step (3) above, plasma may be generated by dielectric barrier discharge (DBD). "Dielectric barrier discharge" means an electrical discharge between two electrodes separated by an insulating dielectric barrier. In the catalyst regeneration apparatus according to an embodiment of the present invention described later, an alumina tube may be used as a dielectric barrier, but is not particularly limited thereto.

예를 들어, 단계 (3)에서 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 인가되는 전압은 7~50 kV일 수 있다. 바람직하게는, 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 인가되는 전압이 15~30 kV일 수 있으나, 이 전압으로 특별히 제한되지는 않는다. 다만, 인가되는 전압이 7 kV 미만, 즉, 절연 파괴 전압(breakdown voltage) 미만일 경우, 플라즈마를 발생시킬 수 있을 만큼 충분한 에너지가 유전체에 가해지지 못하여 플라즈마를 발생시키지 못할 수 있다. 따라서, 코크의 제거 효율이 현저히 저하될 수 있다. 반면, 50 kV를 초과하는 고전압을 인가하는 것은 물리적으로 제한이 따르며, 필요 이상으로 에너지를 낭비하는 결과를 초래할 수 있다.For example, the voltage applied to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device in step (3) may be 7 to 50 kV. Preferably, the voltage applied to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device may be 15 to 30 kV, but is not particularly limited to this voltage. However, when the applied voltage is less than 7 kV, that is, less than the breakdown voltage, sufficient energy to generate plasma may not be applied to the dielectric and thus plasma may not be generated. Accordingly, the efficiency of removing coke may be significantly lowered. On the other hand, applying a high voltage exceeding 50 kV is physically limited and may result in wasting energy more than necessary.

단계 (3)은 1~35℃의 온도의 저온에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계 (2)는 10~30℃, 10~25℃ 또는 15~25℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이 온도로 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 구체예에 따른 재생 방법에서는 상대적으로 낮은 온도에서 코크를 제거하여 촉매를 재생할 수 있으므로, 고온의 공기(혹은 산소) 흐름 하에서 열처리에 의해 재생하는 경우와 같이 촉매 자체의 구조를 손상시켜 촉매의 안정성이 저해되는 문제 및 고온의 열처리를 위해 사용되는 에너지 효율 저하 등의 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있다.Step (3) may be performed at a low temperature of 1 to 35°C. For example, step (2) may be performed at a temperature of 10 to 30°C, 10 to 25°C, or 15 to 25°C, but is not particularly limited to this temperature. In the regeneration method according to the embodiment of the present invention, since the catalyst can be regenerated by removing coke at a relatively low temperature, the structure of the catalyst itself is damaged, such as in the case of regeneration by heat treatment under a high-temperature air (or oxygen) flow. It is possible to solve the problems of the prior art, such as a problem of impairing the stability of and a decrease in energy efficiency used for heat treatment at a high temperature.

또한, 단계 (3)은 상압에서 수행될 수 있으나, 이 압력으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 단계 (3)을 수행하는 압력은 인가되는 전압과 절연 파괴 전압의 관계를 나타내는 Pachen's Law에 따라 인가되는 전압 조건에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 압력을 제한 없이 선택할 수 있다. 즉, 유전체의 종류 및 이에 인가되는 전압에 따라 플라즈마를 발생시킬 수 있는 수준에서 압력을 선택하여 수행할 수 있다.In addition, step (3) may be performed at normal pressure, but is not particularly limited to this pressure. For example, the pressure for performing step (3) can be selected without limitation to the pressure capable of generating plasma under the applied voltage condition according to Pachen's Law, which indicates the relationship between the applied voltage and the dielectric breakdown voltage. That is, it can be performed by selecting a pressure at a level capable of generating plasma according to the type of dielectric and the voltage applied thereto.

단계 (3)에서 플라즈마 처리로 제거되는 코크는 비결정성 카본(amorphous carbon) 또는 그라파이트성 탄소질(graphitic carbonaceous materials)일 수 있다. 이때, 제올라이트 촉매의 총 중량을 기준으로 비결정성 탄소 침적물이 70% 이상일 수 있다.The coke removed by plasma treatment in step (3) may be amorphous carbon or graphitic carbonaceous materials. In this case, the amorphous carbon deposit may be 70% or more based on the total weight of the zeolite catalyst.

단계 (3)에서, 제올라이트 촉매의 미세기공 및 중형기공 내부에 침적된 총 코크의 5~50 중량%가 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구체예에 따라서 재생된 제올라이트 촉매는 재생 전 촉매에 침적된 총 코크 대비 50~95 중량%의 비율로 잔류하는 코크를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 총 침적 코크의 10~45 중량%, 15~45 중량%, 20~45 중량% 또는 20~40 중량%가 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구체예에 따라서 재생된 제올라이트 촉매는 재생 전 촉매에 침적된 총 코크 대비 55~90 중량%, 55~85 중량%, 55~80 중량% 또는 60~80 중량%의 비율로 잔류하는 코크를 포함할 수 있으나, 이 범위로 특별히 제한되지는 않는다.In step (3), 5-50% by weight of the total coke deposited in the micropores and mesopores of the zeolite catalyst may be removed. Accordingly, the regenerated zeolite catalyst according to an embodiment of the present invention may include coke remaining in a proportion of 50 to 95% by weight relative to the total coke deposited on the catalyst before regeneration. Preferably, 10 to 45% by weight, 15 to 45% by weight, 20 to 45% by weight, or 20 to 40% by weight of the total immersion coke may be removed. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the regenerated zeolite catalyst remains in a ratio of 55 to 90% by weight, 55 to 85% by weight, 55 to 80% by weight, or 60 to 80% by weight of the total coke deposited on the catalyst before regeneration. The coke may be included, but is not particularly limited to this range.

본 발명의 다른 구체예에 따라서, 위 방법에 의해 재생된 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a zeolite catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether regenerated by the above method is provided.

본 발명의 구체예에 따른 방법에 의해 재생된 제올라이트 촉매는, 고온 열처리 방법에 의해 재생된 촉매와 달리, 다이메틸 에테르 및 일산화탄소 함유 반응물 가스로부터 메틸 아세테이트를 합성하는 반응에 사용되기 이전(fresh) 제올라이트 촉매 자체의 결정 구조를 안정적으로 유지할 수 있다. 즉, 재생 및 반응 과정을 거쳐도 열처리 재생 촉매보다 구조적으로 안정하며, 나아가 일정한 촉매 활성을 안정적으로 보다 장시간 유지할 수 있다.The zeolite catalyst regenerated by the method according to the embodiment of the present invention, unlike the catalyst regenerated by the high-temperature heat treatment method, is a fresh zeolite used in the reaction of synthesizing methyl acetate from a reactant gas containing dimethyl ether and carbon monoxide. The crystal structure of the catalyst itself can be stably maintained. That is, even through the regeneration and reaction processes, it is structurally more stable than the heat treatment regeneration catalyst, and further, a certain catalytic activity can be stably maintained for a longer time.

구체적으로, 본 발명의 구체예에 따른 재생 제올라이트 촉매는 활성테스트에서 10분~2시간의 반응 시간 동안 1~70%의 다이메틸 에테르 전환율을 나타낼 수 있다. 더 구체적으로, 본 발명의 구체예에 따른 재생 제올라이트 촉매는 활성테스트에서 10분~2시간의 반응 시간 동안 3~65%, 5~60%, 5~55% 또는 5~50%의 다이메틸 에테르 전환율을 나타낼 수 있다.Specifically, the regenerated zeolite catalyst according to an embodiment of the present invention may exhibit a dimethyl ether conversion rate of 1 to 70% during a reaction time of 10 minutes to 2 hours in an activity test. More specifically, the regenerated zeolite catalyst according to an embodiment of the present invention is 3 to 65%, 5 to 60%, 5 to 55%, or 5 to 50% of dimethyl ether during a reaction time of 10 minutes to 2 hours in the activity test. Conversion rate can be indicated.

또한, 본 발명의 구체예에 따른 재생 제올라이트 촉매는 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에서 90~99%의 메틸 아세테이트 선택도를 나타낼 수 있다. 더 구체적으로, 본 발명의 구체예에 따른 재생 제올라이트 촉매는 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에서 92~98%, 93~98%, 94~98% 또는 95~98%의 메틸 아세테이트 선택도를 나타낼 수 있다.In addition, the regenerated zeolite catalyst according to an embodiment of the present invention may exhibit a methyl acetate selectivity of 90 to 99% in a carbonylation reaction of dimethyl ether. More specifically, the regenerated zeolite catalyst according to an embodiment of the present invention exhibits a methyl acetate selectivity of 92 to 98%, 93 to 98%, 94 to 98% or 95 to 98% in the carbonylation reaction of dimethyl ether. I can.

본 발명의 또 다른 구체예에 따라서, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용된 제올라이트 촉매를 수용할 수 있는 유전체 소재의 관형 용기; 관형 용기의 외벽에 배치된 접지 전극; 관형 용기와 평행하게 공간적으로 이격되도록, 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매에 삽입되며, 접지 전극보다 높은 전압이 인가되는 고전압 전극; 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매가 정해진 구역에 위치하도록 고정시키기 위한 고정부; 포화 수증기 공급부; 포화 수증기를 촉매 재생 장치 내로 이송시기키 위해 공기의 흐름을 발생시키는 공기 공급부; 및 고전압 전극에 조절된 전압을 제공하는 전원부를 구비하되, 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 제올라이트 촉매의 기공 내부에 침적되어 있는 총 코크의 5~50 중량%를 제거하는 데 사용되는, 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a tubular container made of a dielectric material capable of accommodating a zeolite catalyst used in the carbonylation reaction of dimethyl ether; A ground electrode disposed on the outer wall of the tubular container; A high voltage electrode inserted into the zeolite catalyst accommodated in the tubular container so as to be spatially spaced apart from the tubular container, and applied with a voltage higher than that of the ground electrode; A fixing part for fixing the zeolite catalyst contained in the tubular container to be located in a predetermined area; Saturated steam supply; An air supply unit generating a flow of air to transfer saturated steam into the catalyst regeneration device; And a power supply for providing a regulated voltage to the high voltage electrode, which generates plasma under saturated steam flow by applying a high voltage to the high voltage electrode to remove 5 to 50% by weight of the total coke deposited in the pores of the zeolite catalyst. Used to, a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus is provided.

위 촉매 재생 장치에서, 유전체 소재의 관형 용기는 두 전극 사이에서 유전체 장벽 방전을 실시하기 위한 것이면, 그 재질, 모양, 크기 등이 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 구체예에 따른 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치에서는 알루미나 튜브를 유전체 장벽으로 사용할 수 있다.In the above catalyst regeneration apparatus, as long as the tubular container made of a dielectric material is for conducting dielectric barrier discharge between two electrodes, the material, shape, size, etc. are not particularly limited. For example, in the dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus according to an embodiment of the present invention, an alumina tube may be used as a dielectric barrier.

접지 전극과 고전압 전극은 통상적으로 전극으로 사용될 수 있는 것이라면, 그 재질, 모양, 크기 등이 특별히 제한되지는 않는다. 바람직하게는, 강철 선(steel wire)과 스테인리스 스틸 막대를 각각 접지 전극과 고전압 전극으로 사용할 수 있다.The ground electrode and the high voltage electrode are not particularly limited in material, shape, size, etc., as long as they can be commonly used as electrodes. Preferably, a steel wire and a stainless steel rod may be used as a ground electrode and a high voltage electrode, respectively.

관형 용기 내에 수용된 전체 촉매에 고르게 플라즈마를 가하기 위하여, 재생하고자 하는 제올라이트 촉매는 고정부에 의해 지지되어 관형 용기 내의 접지 전극에 의해 커버된 부분 내에 수용될 수 있다. 여기서, 고정부는 관형 용기 내에 촉매를 넣은 후 위치를 고정하기 위해 양 옆을 석영 솜(quartz wool)으로 채워 넣은 부분이다.In order to evenly apply plasma to the entire catalyst contained in the tubular vessel, the zeolite catalyst to be regenerated may be supported by a fixing portion and accommodated in a portion covered by a ground electrode in the tubular vessel. Here, the fixing part is a part filled with quartz wool on both sides to fix the position after placing the catalyst in the tubular container.

포화 수증기 공급부는 항온 수조일 수 있으나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 항온 수조는 유리 재질로 이루어지는 것이 바람직하나, 이 재질로 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 항온 수조는 내부 용기와 외부 쉘의 이중 구조를 가질 수 있다. 여기서, 내부 용기에는 촉매 재생 장치로 공급하기 위한 수증기 공급원으로서 물이 저장된다. 외부 쉘에는 내부 용기의 온도를 일정하게 유지하기 위해 순환되는 물이 공급된다. 이를 통해 항온 수조의 내부 용기의 온도를 제어할 수 있다. 항온 수조로부터 발생되는 포화 수증기의 온도는 10~100℃이고 압력은 상압일 수 있으나, 이러한 조건으로 특별히 제한되는 것은 아니다.The saturated steam supply unit may be a constant temperature water bath, but is not particularly limited thereto. The constant temperature water tank is preferably made of a glass material, but is not particularly limited to this material. Specifically, the constant temperature water tank may have a dual structure of an inner container and an outer shell. Here, water is stored in the inner container as a water vapor supply source for supply to the catalyst regeneration device. The outer shell is supplied with circulating water to keep the temperature of the inner container constant. Through this, the temperature of the inner container of the constant temperature water tank can be controlled. The temperature of the saturated steam generated from the constant temperature water bath may be 10 to 100°C, and the pressure may be normal pressure, but is not particularly limited to these conditions.

공기 공급부를 통해 공급되는 공기가 항온 수조 내부 용기에 저장된 물을 통과하면, 항온 수조 내부 용기의 온도에 따른 수증기압에 해당하는 수증기가 발생하여 공기와 함께 촉매 재생 장치 내로 이송된다. 여기서, 공기 공급부는 공기 저장 실린더, 공기 질량 유량계 및 가스 라인을 포함할 수 있으나, 이 구성으로 제한되는 것은 아니다.When the air supplied through the air supply unit passes through the water stored in the container inside the constant temperature water tank, water vapor corresponding to the water vapor pressure according to the temperature of the container inside the constant temperature water tank is generated and transported together with the air into the catalyst regeneration device. Here, the air supply unit may include an air storage cylinder, an air mass flow meter, and a gas line, but is not limited to this configuration.

전원부는 유전체 장벽 방전에 의해 플라즈마가 발생시킬 수 있을 정도의 전압을 인가할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지는 않는다. 바람직하게는, 사인파형(sinusoidal)의 AC 전원장치(power supply, 0~220 V, 60~1,000 Hz)를 변압기(0~20 kV, 1,000 Hz)에 연결하여 사용할 수 있다.The power supply unit is not particularly limited as long as it can apply a voltage sufficient to generate plasma by the dielectric barrier discharge. Preferably, a sinusoidal AC power supply (0 to 220 V, 60 to 1,000 Hz) may be connected to a transformer (0 to 20 kV, 1,000 Hz) to be used.

위 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 제올라이트 촉매의 기공 내부에 침적되어 있는 총 코크의 5~50 중량%를 제거할 수 있다. 고전압 전극에 인가되는 전압에 관한 내용은 위 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법에서 설명한 바와 실질적으로 같다.Plasma is generated by applying a high voltage to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device to remove 5 to 50% by weight of the total coke deposited in the pores of the zeolite catalyst. The voltage applied to the high voltage electrode is substantially the same as described in the above method for regenerating the zeolite catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether.

본 발명의 또 다른 구체예에 따라서, (a) 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 단계; (b) 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입하는 단계; (c) 포화 수증기를 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급하는 단계; 및 (d) 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거하는 단계; 및 (e) 재생된 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 단계를 포함하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 제조 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, (a) synthesizing methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether; (b) introducing a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether into the dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus; (c) supplying saturated water vapor together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus; And (d) applying a high voltage to a high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under a flow of saturated steam to remove 5 to 50% by weight of the total immersion coke. And (e) synthesizing methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a regenerated zeolite catalyst.

위 단계 (a)에서, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성한다.In the above step (a), methyl acetate is synthesized by carbonylating dimethyl ether in the presence of a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether.

여기서, 반응물 가스는 합성 가스의 수소화 반응을 통해 합성된 다이메틸 에테르와 일산화탄소를 포함하는 것일 수 있다. 필요에 따라서, 반응물 가스는 질소와 혼합될 수 있다. 이때, 질소는 사용하는 다이메틸 에테르 양의 약 10배로 혼합할 수 있으나, 이 범위로 특별히 제한되지는 않는다. 다이메틸 에테르와 일산화탄소를 함유하는 반응물 가스는 전체 반응가스 유량 기준으로 1,000~6,000 L/kg-cat/h의 공간 속도로 공급될 수 있으나, 이 범위로 특별히 제한되지는 않는다.Here, the reactant gas may include dimethyl ether and carbon monoxide synthesized through a hydrogenation reaction of the synthesis gas. If necessary, the reactant gas can be mixed with nitrogen. At this time, nitrogen may be mixed in an amount of about 10 times the amount of dimethyl ether to be used, but is not particularly limited to this range. The reactant gas containing dimethyl ether and carbon monoxide may be supplied at a space velocity of 1,000 to 6,000 L/kg-cat/h based on the total flow rate of the reaction gas, but is not particularly limited to this range.

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응은 제올라이트 촉매의 존재 하에서 실시된다. 이때, 사용되는 제올라이트 촉매에 관한 내용은 위 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법과 관련하여 설명한 바와 실질적으로 같다. 바람직하게는, 발열 반응의 반응열을 제어하기 위해 파우더 형태로 1배~10배 중량의 희석제, 예컨대, 알파 알루미나 파우더 같은 물질과 물리적으로 혼합하여 희석된 후 사용할 수 있다.The carbonylation reaction of dimethyl ether is carried out in the presence of a zeolite catalyst. At this time, the content of the zeolite catalyst used is substantially the same as described in connection with the method for regenerating the zeolite catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether. Preferably, in order to control the heat of reaction of the exothermic reaction, it may be used after physically mixing and diluting with a material such as 1 to 10 times the weight of a diluent such as alpha alumina powder in the form of a powder.

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응은, 예컨대 150~300℃의 온도와 5~30 bar의 압력 조건 하에서 실시될 수 있으나, 이 조건으로 특별히 제한되는 것은 아니다.The carbonylation reaction of dimethyl ether may be carried out under, for example, a temperature of 150 to 300°C and a pressure of 5 to 30 bar, but is not particularly limited thereto.

위 단계 (b)에서, 내외부에 각각 고전압 전극과 접지 전극을 구비한 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입한다. 여기서, 단계 (b)에 관한 내용은 위 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법의 단계 (1)에 관한 내용과 실질적으로 같다.In the above step (b), a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether, is introduced into a catalyst regeneration apparatus each having a high voltage electrode and a ground electrode inside and outside. Here, the content of step (b) is substantially the same as the content of step (1) of the method for regenerating the zeolite catalyst for carbonylation of dimethyl ether.

위 단계 (c)에서, 포화 수증기가 공기화 함께 촉매 재생 장치 내로 공급된다. 여기서, 단계 (c)에 관한 내용은 위 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법의 단계 (2)에 관한 내용과 실질적으로 같다.In the above step (c), saturated water vapor is fed into the catalyst regeneration apparatus together with airing. Here, the content of step (c) is substantially the same as that of step (2) of the method for regenerating the zeolite catalyst for carbonylation of dimethyl ether.

위 단계 (d)에서, 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거한다. 여기서, 단계 (d)에 관한 내용은 위 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법의 단계 (3)에 관한 내용과 실질적으로 같다.In the above step (d), a high voltage is applied to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under a flow of saturated steam to remove 5-50% by weight of the total immersion coke. Here, the content of step (d) is substantially the same as the content of step (3) of the method for regenerating the zeolite catalyst for carbonylation of dimethyl ether.

위 단계 (e)에서, 재생된 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성한다.In the above step (e), methyl acetate is synthesized by carbonylating dimethyl ether in the presence of a regenerated zeolite catalyst.

이때, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응은, 예컨대 150~300℃의 온도와 5~30 bar의 압력 조건 하에서 실시될 수 있으나, 이 조건으로 특별히 제한되는 것은 아니다.At this time, the carbonylation reaction of dimethyl ether may be carried out under, for example, a temperature of 150 to 300°C and a pressure of 5 to 30 bar, but is not particularly limited to this condition.

단계 (e)의 재생된 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화 반응 시, 미 사용 촉매에 의한 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 비해 다이메틸 에테르의 전환율이 약간 증가하며, 메틸 아세테이트의 선택도와 수율은 거의 감소하지 않거나 소폭 증가한다. 또한, 반응 시간이 경과함에 따라 촉매의 비활성화에 따른 전환율 감소가 완화되는 경향을 보인다. 이러한 사실로부터 본 발명의 재생 촉매가 최초 촉매의 구조를 거의 변형시키지 않으면서 재생된 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 재생 촉매는 약 2,000 L/kg-cat/h의 공간속도, 220℃ 반응 온도, 10 bar 반응 압력의 반응 조건 하에서 다이메틸 에테르 전환율 1~40%, 메틸 아세테이트 선택도 90~99%를 나타낼 수 있으나, 이 범위로 특별히 제한되지는 않는다.In the carbonylation reaction of dimethyl ether in the presence of the regenerated zeolite catalyst of step (e), the conversion of dimethyl ether slightly increases compared to the carbonylation reaction of dimethyl ether with an unused catalyst, Selectivity and yield hardly decrease or increase slightly. In addition, as the reaction time elapses, the reduction in conversion rate due to deactivation of the catalyst tends to be alleviated. From this fact, it can be confirmed that the regenerated catalyst of the present invention was regenerated without substantially altering the structure of the original catalyst. Specifically, the regeneration catalyst of the present invention has a space velocity of about 2,000 L/kg-cat/h, a reaction temperature of 220° C., and a reaction condition of 10 bar reaction pressure, a dimethyl ether conversion of 1 to 40%, and a methyl acetate selectivity of 90 to It may represent 99%, but is not particularly limited to this range.

또한, 촉매의 구조 안정성을 저해하는 열처리 공정을 거치지 않으므로, 단계 (d)의 촉매 재생 과정을 여러 차례 반복함으로써 단위 촉매당 메틸 아세테이트 생산량을 증가시킬 수 있다.In addition, since the heat treatment process that impairs the structural stability of the catalyst is not performed, the production of methyl acetate per unit catalyst can be increased by repeating the catalyst regeneration process of step (d) several times.

본 발명의 구체예에 따른 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 제조 방법에 있어서, 위 단계 (d)와 단계 (e)는 1회 이상 실시될 수 있으나, 그 반복 회수는 특별히 제한되지 않는다.In the method for producing methyl acetate by the carbonylation reaction of dimethyl ether according to an embodiment of the present invention, steps (d) and (e) may be carried out more than once, but the number of repetitions is particularly limited. It doesn't work.

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for explaining the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

준비예Preparation example : : 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 촉매의 준비 Preparation of ether carbonylation catalyst

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 촉매로서 Si/Al의 비율이 10인 상용화된 페리어라이트 제올라이트(Vision Chemical, Korea)를 구입하였다(FER-Fresh).As a catalyst for the carbonylation reaction of dimethyl ether, a commercial ferrierite zeolite (Vision Chemical, Korea) having a Si/Al ratio of 10 was purchased (FER-Fresh).

이 촉매에 대하여, X-선 회절(X-ray diffraction; XRD) 분석을 수행하였다. 구체적으로, 5°로부터 80°까지 Cu Kα 방사선(40 kV, 200 mA, λ=0.154 nm)을 구비한 Rigaku D/Max-2500V/PC 회절계(Japan)를 이용한 θ/2θ 배열(configuration)에서 XRD 분석을 수행하였다. 87 K에서 ASAP 2020 V4.04(Micromeritics, Inc., USA)로 가스 물리흡착(physisorption) 측정을 수행하였다. 측정 전, 진공 조건 하에 623 K에서 4시간 동안 시료를 열처리하여 불순물 제거 및 탈기체화(degassed)하였다. 반응 전 촉매의 가스 물리흡착 등온선(physisorption isotherm)을 측정하고, 표면적 및 기공 부피 등을 결정하였다.For this catalyst, X-ray diffraction (XRD) analysis was performed. Specifically, in a θ/2θ configuration using a Rigaku D/Max-2500V/PC diffractometer (Japan) equipped with Cu Kα radiation (40 kV, 200 mA, λ=0.154 nm) from 5° to 80° XRD analysis was performed. Gas physisorption measurement was performed at 87 K with ASAP 2020 V4.04 (Micromeritics, Inc., USA). Before the measurement, the sample was heat-treated at 623 K for 4 hours under vacuum conditions to remove impurities and degassed. Before the reaction, the gas physisorption isotherm of the catalyst was measured, and the surface area and pore volume were determined.

반응 전 페리어라이트 촉매에 대한 분말 XRD 분석 결과 및 가스 물리흡착 결과를 도 2 및 표 1에 나타내었다. 표 1은 아르곤 물리흡착 분석(FER-Fresh)에 관한 것이다.The powder XRD analysis results and gas physical adsorption results of the ferrierite catalyst before the reaction are shown in FIGS. 2 and 1. Table 1 relates to argon physical adsorption analysis (FER-Fresh).

반응 전 촉매Catalyst before reaction SBET
(㎡/g)
S BET
(㎡/g)
Smicro
(㎡/g)
S micro
(㎡/g)
Sex
(㎡/g)
S ex
(㎡/g)
Vmicro (HK)
(㎤/g)
V micro (HK)
(Cm 3 /g)
Vmicro (t-plot)
(㎤/g)
V micro (t-plot)
(Cm 3 /g)
FER-FreshFER-Fresh 431.0431.0 372.8372.8 58.2158.21 0.1450.145 0.1410.141

실시예Example 1: 포화 수증기 흐름 하에서 1: under saturated steam flow 플라즈마를Plasma 이용한 Used 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응용 촉매 재생 Regeneration of catalyst for ether carbonylation reaction

도 1에 나타낸 DBD 플라즈마 촉매 재생 장치를 이용하여 통기에 의한 대기압 및 실온 근처에서 카르보닐화 반응에 사용된 페리어라이트 촉매의 DBD 플라즈마 재생을 수행하였다. 촉매 재생 장치로 공급되는 포화 수증기를 포함한 공기의 공간 속도는 공기의 공급과 함께 1,500 mL/g-cat/h이었으며, 재생을 위한 시간은 약 720분이었다(FER-PS).DBD plasma regeneration of the ferrierite catalyst used for the carbonylation reaction was performed at atmospheric pressure and room temperature by ventilation using the DBD plasma catalyst regeneration apparatus shown in FIG. 1. The space velocity of air including saturated water vapor supplied to the catalyst regeneration device was 1,500 mL/g-cat/h with the supply of air, and the time for regeneration was about 720 minutes (FER-PS).

도 1에 나타낸 DBD 플라즈마 촉매 재생 장치에서, 6 ㎜ 내경 및 2 ㎜ 두께의 알루미나 튜브를 플라즈마 베드를 위한 유전체 장벽으로 사용하였다. 3 ㎜ 직경의 스테인리스 스틸 막대를 고전압 전극(high voltage electrode)으로 사용하였으며, 강철 선(steel wire)을 접지 전극(ground electrode)으로 사용하였다. 150 ㎜ 길이의 방전 영역(discharge zone)은 접지 전극으로 덮였다. 알루미나 튜브의 내부 표면과 고전압 전극 사이의 방전 갭(discharge gap)은 1.5 ㎜이었으며, 재생을 위하여 다이메틸 에테르 카르보닐화 반응 후 상용 페리어라이트 촉매를 해당 부분에 조밀하게 채웠다. 사인파형(sinusoidal)의 AC 전원장치(power supply, 0~220 V, 60~1,000 Hz)를 변압기(0~20 kV, 1,000 Hz)에 연결하고, 전기적 시스템으로 플라즈마 베드에 연속적으로 고전압을 인가하였다. 구체적으로, 플라즈마 베드에 15 kV의 전압을 인가하였으며, 주파수는 1 kHz로 고정시켰다. 1 μF 정전용량(capacitance)의 축전기(capacitor)를 플라즈마 베드와 접지 사이에 직렬로(in series) 연결하였다. 고전압 전극을 위한 고전압 탐침(probe; 1,000:1, P6015A, Tektronix)과 접지 전극을 위한 전압 탐침(10:1, P6100, Tektronix)을 디지털 오실로스코프(digital oscilloscope, TDS 3012C, Tektronix)에 연결하고, 각각의 전압을 측정하였다. 또한, 포화 수증기 온도(즉, 항온수조의 온도)는 30℃, 포화 수증기 압력은 32.824 mmHg이었고, 촉매 재생 장치 내 압력은 상압, 촉매 재생 장치 전후단의 라인은 70℃로 가열하였다.In the DBD plasma catalyst regeneration apparatus shown in FIG. 1, an alumina tube having an inner diameter of 6 mm and a thickness of 2 mm was used as a dielectric barrier for the plasma bed. A stainless steel rod of 3 mm diameter was used as a high voltage electrode, and a steel wire was used as a ground electrode. The 150 mm long discharge zone was covered with a ground electrode. The discharge gap between the inner surface of the alumina tube and the high voltage electrode was 1.5 mm, and a commercial ferrierite catalyst was densely filled in the corresponding part after dimethyl ether carbonylation reaction for regeneration. A sinusoidal AC power supply (0~220 V, 60~1,000 Hz) was connected to a transformer (0~20 kV, 1,000 Hz), and a high voltage was continuously applied to the plasma bed as an electrical system. . Specifically, a voltage of 15 kV was applied to the plasma bed, and the frequency was fixed at 1 kHz. A 1 μF capacitance capacitor was connected in series between the plasma bed and ground. Connect a high voltage probe for high voltage electrodes (1,000:1, P6015A, Tektronix) and a voltage probe for ground electrode (10:1, P6100, Tektronix) to a digital oscilloscope (TDS 3012C, Tektronix), respectively. The voltage of was measured. In addition, the saturated steam temperature (that is, the temperature of the constant temperature bath) was 30°C, the saturated steam pressure was 32.824 mmHg, the pressure in the catalyst regeneration device was normal pressure, and the line at the front and rear of the catalyst regeneration device was heated to 70°C.

포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 재생 처리 후, 플라즈마 베드로부터의 배출 가스(effluent gas)를 열전도도 검출기(thermal conductivity detector; TCD)에 연결된 Porapak-N 및 분자체 13X 컬럼을 이용한 온라인 기체 크로마토그래피(on-line gas chromatograph, 6500GC Young Lin Instrument Co., Korea)로 분석하였다. 배출물 중의 O2, N2, CO 및 CO2를 열전도도 검출기로 검출하였다.After plasma regeneration treatment under saturated steam flow, on-line gas chromatography using Porapak-N and molecular sieve 13X columns connected to a thermal conductivity detector (TCD) for effluent gas from the plasma bed. gas chromatograph, 6500GC Young Lin Instrument Co., Korea). O 2 , N 2 , CO and CO 2 in the effluent were detected with a thermal conductivity detector.

비교예Comparative example 1: 열화학적 처리를 통한 1: through thermochemical treatment 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응용 촉매 재생 Regeneration of catalyst for ether carbonylation reaction

비교를 위하여 적정량의 사용 후 페리어라이트 촉매 시료를 머플 전기로(muffle electric furnace)에 위치시켰다. 이후 시료를 공기 중에서 10℃/min의 램핑 속도로 800℃서 12시간 동안 열처리하여 비교 촉매를 얻었다(FER-H).For comparison, the ferrierite catalyst sample after use of an appropriate amount was placed in a muffle electric furnace. Thereafter, the sample was heat-treated at 800° C. for 12 hours at a ramping rate of 10° C./min in air to obtain a comparative catalyst (FER-H).

실험예Experimental example 1: One: 미 사용unused 촉매를 이용한 Catalyst 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 Ether carbonylation reaction

1-채널, 스테인리스 스틸 고정층(fixed-bed) 반응기에서 다이메틸 에테르 카르보닐화 반응을 수행하였다. 각 채널은 900 ㎜ 길이 및 16.6 ㎜ 내경(inner diameter)의 스테인리스 스틸 튜브로 구성하였다. 촉매 충진을 위한 스페이서를 스테인리스 스틸 튜브 반응기의 중앙에 위치시켰다. 석영 솜(quartz wool)을 얇게 스페이서 위에 위치시키고, 페리어라이트 촉매를 반응기의 중앙에 충진하였다.The dimethyl ether carbonylation reaction was carried out in a one-channel, stainless steel fixed-bed reactor. Each channel consisted of a 900 mm long and 16.6 mm inner diameter stainless steel tube. A spacer for catalyst filling was placed in the center of the stainless steel tube reactor. A quartz wool was thinly placed on the spacer, and a ferrierite catalyst was charged in the center of the reactor.

질소 분위기에서 반응 온도인 220℃까지 승온시킨 후, 약 5시간 동안 촉매 전처리를 수행하였다. 이후 투입 가스를 반응물 가스로 변경하였다. CO(일산화탄소): DME(다이메틸 에테르):N2(질소) = 45:5:50의 부피 비로 조성을 고정한 반응물 가스를 흘리는 상태에서, 기체공간속도(gas hourly space velocity; GHSV) 2,000부터 5,000 L/kg-cat/h까지 순차적으로 1,000 L/kg-cat/h씩 증가시키며, 각 스텝당 3시간의 반응 시간씩 총 12시간 이상의 반응 시간 동안 반응 온도 220℃, 반응 압력 10 bar에서 다이메틸 에테르 카르보닐화 촉매 반응 실험을 수행하였다.After raising the temperature to 220° C., which is the reaction temperature, in a nitrogen atmosphere, catalyst pretreatment was performed for about 5 hours. Thereafter, the input gas was changed to a reactant gas. CO (carbon monoxide): DME (dimethyl ether):N 2 (nitrogen) = 45:5:50 In the state of flowing reactant gas with a fixed composition in the volume ratio, gas hourly space velocity (GHSV) 2,000 to 5,000 L Dimethyl ether at a reaction temperature of 220°C and a reaction pressure of 10 bar for a total reaction time of 12 hours or more, sequentially increasing by 1,000 L/kg-cat/h to /kg-cat/h. Carbonylation catalytic reaction experiments were carried out.

반응 시스템 후단에 연결된 온라인 기체 크로마토그래피(6500GC Young Lin Instrument Co., Korea)를 사용하여 반응 생성물을 자동 반복 분석하였다. 온라인 GC는 열전도도 검출기(TCD)와 연결된 Porapak-N 컬럼, 분자체(molecular sieve) 13X, 및 불꽃 이온화 검출기(flame ionization detector; FID)와 연결된 HP-PLOTQ 컬럼을 사용하였다. 생성물 중의 연소 가능한 탄화 수소류인 프로판, 다이메틸 에테르, 메틸 아세테이트 등을 FID 컬럼을 통해 검출하였고, 생성물 중의 질소(N2) 및 일산화탄소(CO), 다이메틸 에테르(DME)를 TCD 컬럼을 통해 검출하였다. 촉매 종류 및 반응 시간에 따른 다이메틸 에테르 전환율 및 주요 생성물인 메틸 아세테이트 선택도를 아래 표 2에 나타내었다.The reaction product was automatically and repeatedly analyzed using online gas chromatography (6500GC Young Lin Instrument Co., Korea) connected to the rear end of the reaction system. On-line GC used a Porapak-N column connected to a thermal conductivity detector (TCD), a molecular sieve 13X, and an HP-PLOTQ column connected to a flame ionization detector (FID). Propane, dimethyl ether, methyl acetate, etc., which are combustible hydrocarbons in the product, were detected through the FID column, and nitrogen (N 2 ), carbon monoxide (CO), and dimethyl ether (DME) in the product were detected through the TCD column. . The conversion rate of dimethyl ether and the selectivity of methyl acetate as the main product according to the catalyst type and reaction time are shown in Table 2 below.

표 2에 나타낸 바와 같이, 반응 개시 후 꾸준히 카본 침적에 의한 것으로 보이는 촉매 비활성화로 다이메틸 에테르의 전환율의 감소가 나타났으며, 메틸 아세테이트의 선택도는 약 95% 이상을 꾸준히 유지하였다. 카르보닐화 반응 종료 후, 반응 후의 페리어라이트 촉매를 수득하였다(FER-Spent).As shown in Table 2, after the initiation of the reaction, the conversion rate of dimethyl ether was decreased due to catalyst deactivation, which appears to be caused by carbon deposition steadily, and the selectivity of methyl acetate was steadily maintained at about 95% or more. After completion of the carbonylation reaction, a ferrierite catalyst after the reaction was obtained (FER-Spent).

실험예Experimental example 2: 재생 촉매를 이용한 2: using a regeneration catalyst 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 Ether carbonylation reaction

실시예 1과 비교예 1에서 재생된 촉매를 각각 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 같은 방법으로 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응을 실시하였다. 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.The carbonylation reaction of dimethyl ether was carried out in the same manner as in Experimental Example 1, except that the catalysts regenerated in Example 1 and Comparative Example 1 were respectively used. The results are shown in Table 2 below.

촉매catalyst GHSV
(L/kg-cat/h)
GHSV
(L/kg-cat / h)
DME 전환율
(%)
DME conversion rate
(%)
MA 선택도
(%)
MA selectivity
(%)
비활성화 속도
(%/min)
Deactivation speed
(%/min)
FER-FreshFER-Fresh 2,0002,000 20.18 20.18 98.1198.11 -0.141-0.141 3,0003,000 14.20 14.20 97.8497.84 0.0150.015 4,0004,000 10.6510.65 96.7396.73 0.0290.029 5,0005,000 8.688.68 96.4496.44 0.0060.006 FER-PS
(실시예 1)
FER-PS
(Example 1)
2,0002,000 20.8220.82 99.2199.21 -0.097-0.097
3,0003,000 19.0319.03 99.2199.21 0.0130.013 4,0004,000 15.8315.83 99.2299.22 0.0170.017 5,0005,000 13.0913.09 99.2699.26 0.0110.011 FER-H
(비교예 1)
FER-H
(Comparative Example 1)
2,0002,000 2.322.32 84.3784.37 0.0100.010
3,0003,000 1.231.23 91.2491.24 0.0010.001 4,0004,000 1.221.22 92.2392.23 0.0020.002 5,0005,000 1.101.10 91.4191.41 0.0010.001

실험예Experimental example 3: 3: 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 후 촉매 및 재생 촉매의 Of the catalyst and regeneration catalyst after the ether carbonylation reaction TGATGA 분석 analysis

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 후의 촉매 및 포화 수증기 흐름 하에서 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마 재생 후의 촉매에 대하여 열중량분석(thermogravimetric analysis; TGA)을 실시하여 반응 후 촉매에 형성된 코크의 총 중량을 측정하였다. 특히, 모든 촉매를 공기 중에서 30℃/min의 승온 속도(ramping speed)로 30℃부터 1,000℃까지 가열하였다(TG209 F1 Libra, Germany). 반응 후 촉매에서의 질량 감소를 산출하였다.The catalyst after the carbonylation reaction of dimethyl ether and the catalyst after the dielectric barrier discharge (DBD) plasma regeneration under saturated steam flow were subjected to thermogravimetric analysis (TGA) to measure the total weight of coke formed in the catalyst after the reaction. I did. In particular, all catalysts were heated from 30° C. to 1,000° C. in air at a ramping speed of 30° C./min (TG209 F1 Libra, Germany). The mass reduction in the catalyst after the reaction was calculated.

도 3에 도시한 바와 같이, 반응 후의 촉매 및 재생 촉매들에 대한 TGA 분석을 통해 탄소질의 잔여 물질을 분석하였다. TGA 측정 결과를 표 3에 나타내었다. 반응 후의 촉매 및 재생 촉매들에서 침적된 코크를 공기 흐름 하에서 일정한 승온 속도(10℃/min)로 승온하며 제거하여 온도와 질량 백분율(질량 감소율)의 관계로 도식화하였다. TGA 분석 결과로부터 촉매의 질량 감소에 의해 코크가 열분해되는 것을 실험적으로 확인하였고, 질량 감소로부터 계산되는 침적 코크의 열분해로 인한 질량 감소(400~700℃) 분율은 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 처리로 재생된 페리어라이트의 경우 약 0.73% 정도였으며, 열처리로 재생된 촉매의 경우는 약 0%로 질량 감소가 거의 발견되지 않았다. 이로부터 열처리 촉매의 상대적으로 높은 코크 제거 수준을 확인하였다.As shown in FIG. 3, the carbonaceous residual material was analyzed through TGA analysis of the catalyst and regeneration catalysts after the reaction. Table 3 shows the TGA measurement results. The coke deposited in the catalyst after the reaction and the regeneration catalysts was heated and removed at a constant heating rate (10° C./min) under an air flow, and the relationship between the temperature and the mass percentage (mass reduction rate) was plotted. From the TGA analysis results, it was experimentally confirmed that coke was pyrolyzed by the mass reduction of the catalyst. In the case of ferrierite, it was about 0.73%, and in the case of the catalyst regenerated by heat treatment, it was about 0%, and almost no mass reduction was found. From this, a relatively high level of coke removal of the heat treatment catalyst was confirmed.

반응 후 촉매 &
재생 촉매
Catalyst after reaction &
Regeneration catalyst
질량 손실(%)Mass loss (%)
(0~200℃)(0~200℃) (200~400℃)(200~400℃) (400~700℃)(400~700℃) (700℃ 이하)(700℃ or less) FER-SpentFER-Spent 4.264.26 1.791.79 2.142.14 8.198.19 FER-PS(실시예 1)FER-PS (Example 1) 6.056.05 0.720.72 0.730.73 7.507.50 FER-H(비교예 1)FER-H (Comparative Example 1) 4.194.19 0.300.30 00 4.494.49

실험예Experimental example 4: 4: 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 후 촉매 및 재생 촉매의 가스 물리흡착 분석 Analysis of gas physical adsorption of catalyst and regeneration catalyst after ether carbonylation reaction

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 후의 촉매 및 재생 촉매들의 가스 물리흡착의 결과를 표 4에 나타내었다. 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 후, 다량의 탄소 침적에 의한 것으로 보이는 표면적 감소가 관찰되었으며, BET 표면적은 미세기공 구조의 경우 431.0 ㎡/g에서 175.8 ㎡/g까지 감소하였다. 그 결과, 미세기공 구조의 경우 0.145 ㎤/g의 반응 전 촉매 기공 부피가 0.068 ㎤/g까지 감소하였다.Table 4 shows the results of gas physical adsorption of the catalyst and regeneration catalysts after the carbonylation reaction of dimethyl ether. After the carbonylation reaction of dimethyl ether, a decrease in the surface area, which appears to be due to a large amount of carbon deposition, was observed, and the BET surface area decreased from 431.0 ㎡/g to 175.8 ㎡/g in the case of the microporous structure. As a result, in the case of the microporous structure, the pre-reaction catalyst pore volume of 0.145 cm 3 /g was reduced to 0.068 cm 3 /g.

이러한 촉매 기공 부피의 감소는 제올라이트 촉매의 미세기공 내부를 침적된 코크가 차지하였기 때문인 것으로 볼 수 있다. 사용 후의 촉매를 15.0 kV 및 1 kHz의 조건으로 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 처리하여 재생한 후, 재생 촉매의 미세기공 물성 SBET, Vmicro(HK) 및 Vmicro(t-plot)를 사용 후 촉매의 미세기공 물성과 비교하여 본 결과 각각 1.69배, 1.57배 및 2.09배 증가되었다.This reduction in the pore volume of the catalyst can be considered to be due to the deposition of coke occupied inside the micropores of the zeolite catalyst. After the catalyst was regenerated by plasma treatment under saturated steam flow under conditions of 15.0 kV and 1 kHz, the microporous properties S BET , V micro (HK) and V micro (t-plot) of the regenerated catalyst were used. Compared to the microporous properties, the results increased 1.69 times, 1.57 times and 2.09 times, respectively.

비교를 위하여, 통기 조건(with aeration) 800℃에서 카르보닐화 반응 후 촉매를 열처리하였다. 열처리 재생 촉매의 TGA 분석 결과나 가스 물리흡착 분석 결과(HK법에 의한 열처리 재생 촉매의 미세기공 부피 변화 0.068 → 0.122 ㎤/g, 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 재생 촉매의 미세기공 부피 변화 0.068 → 0.107 ㎤/g)에 의하면, 열처리 재생 촉매의 침적 탄소 잔류량은 미세기공의 부피 변화에 의하면 적었다. 이로부터 열처리에 의한 촉매 재생은 촉매 내부에 침적된 탄소의 제거에 효율적이나, 반응 전 촉매와 비교되는 열처리 재생 촉매의 Vmicro의 감소는 열처리가 촉매의 구조에 일부 손상을 가져올 수 있다는 연구의 보고(Catalysis Today, 2011, 178: 72-78)와 유사한 경향을 확인할 수 있었다.For comparison, the catalyst was heat-treated after a carbonylation reaction at 800° C. with aeration. Results of TGA analysis of the heat treatment regeneration catalyst or gas physical adsorption analysis (change in micropore volume of the heat treatment regeneration catalyst by the HK method 0.068 → 0.122 cm3/g, change in the micropore volume of the plasma regeneration catalyst under saturated steam flow 0.068 → 0.107 cm3/ According to g), the residual amount of deposited carbon in the heat treatment regeneration catalyst was small according to the change in the volume of the micropores. From this, catalyst regeneration by heat treatment is effective in removing carbon deposited inside the catalyst, but a study reported that the reduction in V micro of the heat treatment regeneration catalyst compared to the pre-reaction catalyst may damage the structure of the catalyst. (Catalysis Today, 2011, 178: 72-78) a similar trend was observed.

반응 후 촉매 &
재생 촉매
Catalyst after reaction &
Regeneration catalyst
SBET
(㎡/g)
S BET
(㎡/g)
Smicro
(㎡/g)
S micro
(㎡/g)
Sex
(㎡/g)
S ex
(㎡/g)
Vmicro (HK)
(㎤/g)
V micro (HK)
(Cm 3 /g)
Vmicro (t-plot)
(㎤/g)
V micro (t-plot)
(Cm 3 /g)
FER-SpentFER-Spent 175.8175.8 124.9124.9 50.8750.87 0.0680.068 0.0470.047 FER-PS(실시예 1)FER-PS (Example 1) 297.1297.1 264.8264.8 32.3532.35 0.1070.107 0.0980.098 FER-H (비교예 1)FER-H (Comparative Example 1) 325.8325.8 286.0286.0 39.8039.80 0.1320.132 0.1120.112

표 1과 표 4에 나타낸 반응 전 페리어라이트 촉매 및 반응 후 촉매, 재생 촉매에 대한 기공 분석에 의하면, 모든 시료는 대부분 일정 수준 이상의 비표면적과 기공 부피를 갖는 것이 확인되었다.According to the pore analysis of the pre-reaction ferrierite catalyst, the post-reaction catalyst, and the regeneration catalyst shown in Tables 1 and 4, it was confirmed that most of the samples had a specific surface area and pore volume of a certain level or higher.

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 후의 촉매 및 포화 수증기 흐름 하에서 15 kV 플라즈마를 통해 재생된 촉매의 기공은 코크에 의해 일부분이 채워진 것으로 확인되었다. 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마 처리된 재생 촉매의 기공 내부 코크 제거량은 열처리 재생 촉매에 비해 상대적으로 적었다.It was confirmed that the pores of the catalyst after the carbonylation reaction of dimethyl ether and the catalyst regenerated through a 15 kV plasma under saturated steam flow were partially filled by coke. The amount of coke removed in the pores of the plasma-treated regeneration catalyst under saturated steam flow was relatively smaller than that of the heat treatment regeneration catalyst.

이에 반하여 열화학적인 촉매 재생법에 의해 재생된 촉매의 경우 거의 대부분의 코크가 제거되었으나, 구조 변형으로 인해 유발된 것으로 보이는 표면적 감소, 미세기공의 전체 부피의 감소 및 중형기공의 부피 증가가 발생하였다.On the other hand, in the case of the catalyst regenerated by the thermochemical catalyst regeneration method, most of the coke was removed, but the surface area, which seemed to be caused by structural modification, decreased, the total volume of micropores and the volume of mesopores increased.

실험예Experimental example 5: 5: 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 후 촉매 및 재생 촉매의 X선 회절 분석 X-ray diffraction analysis of catalyst and regeneration catalyst after ether carbonylation reaction

반응 전후 및 재생 후 페리어라이트 촉매들에 대한 분말 XRD 분석결과를 도 2에 나타내었다. 반응 전 페리어라이트 촉매에서 검출되었던 결정상 피크는 반응 후 촉매 및 재생 촉매에서도 모두 유지되었으며, 이러한 결과로부터 페리어라이트의 결정상 자체는 카르보닐화 반응 및 재생 처리 이후에도 유지되는 것으로 이해되었다.Fig. 2 shows the powder XRD analysis results of the ferrierite catalysts before and after the reaction and after regeneration. The crystal phase peak detected in the ferrierite catalyst before the reaction was maintained in both the catalyst after the reaction and the regeneration catalyst, and from these results, it was understood that the crystal phase of the ferrierite itself was maintained even after the carbonylation reaction and the regeneration treatment.

특히, 이러한 결정성은 플라즈마 재생 촉매의 경우 더욱 두드러지게 나타났다. 이러한 분석결과로부터 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 후 페리어라이트 촉매의 상온, 상압 및 포화 수증기 흐름 하의 플라즈마 재생을 통해 고도의 다공성 구조가 안정적으로 유지되는 것을 확인하였다.In particular, this crystallinity was more pronounced in the case of the plasma regeneration catalyst. From these analysis results, it was confirmed that the highly porous structure was stably maintained through plasma regeneration of the ferrierite catalyst at room temperature, pressure, and saturated steam flow after the carbonylation reaction of dimethyl ether.

실험예Experimental example 6: 6: 다이메틸Dimethyl 에테르 카르보닐화 반응 후 촉매 및 재생 촉매의 암모니아 탈착 분석 Analysis of ammonia desorption of catalyst and regeneration catalyst after ether carbonylation reaction

다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응 후의 촉매 및 포화 수증기 흐름 하에서 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마 재생 후의 촉매에 대하여 암모니아 탈착(NH3-temperature programmed desorption; NH3-TPD)을 실시하여 반응 전, 후 촉매 및 재생 촉매의 산점을 분석 및 정량하였다. 촉매 40 mg 정도를 불활성 가스(헬륨) 분위기 하에서 약 1시간 동안 350℃에서 전처리 하였다. 이후 암모니아를 불어넣어 흡착시키고 미흡착 암모니아를 블로잉(blowing)으로 제거한 후, 공기 중에서 10℃/min의 승온 속도(ramping speed)로 30℃부터 1,000℃까지 가열하여 탈착하였다(BELCAT-M, Japan). 이러한 암모니아 온도에 따른 암모니아 탈착 경향을 통해 약/강산점을 정성적/정량적으로 분석하였으며 그 결과를 표 5및 도 4에 나타내었다. Ammonia desorption (NH 3 -temperature programmed desorption; NH 3 -TPD) is performed on the catalyst after the carbonylation reaction of dimethyl ether and the catalyst after the dielectric barrier discharge (DBD) plasma regeneration under saturated steam flow. And the acid point of the regeneration catalyst was analyzed and quantified. About 40 mg of the catalyst was pretreated at 350° C. for about 1 hour under an inert gas (helium) atmosphere. Thereafter, ammonia was blown for adsorption, and unadsorbed ammonia was removed by blowing, and then desorbed by heating from 30°C to 1,000°C at a ramping speed of 10°C/min in air (BELCAT-M, Japan). . The weak/strong acid point was analyzed qualitatively/quantitatively through the ammonia desorption tendency according to the ammonia temperature, and the results are shown in Table 5 and FIG. 4.

반응 후 촉매 &
재생 촉매
Catalyst after reaction &
Regeneration catalyst
암모니아 탈착에 의한 산점(mmol acid sites/g cat.)Acid sites by ammonia desorption (mmol acid sites/g cat.)
약산(300℃ 이하)Weak acid (below 300℃) 강산(300-450℃)Strong acid (300-450℃) 산점 총합Total scattered points FER-FreshFER-Fresh 0.3470.347 0.3650.365 0.7120.712 FER-SpentFER-Spent 0.4800.480 0.1680.168 0.6480.648 FER-PS(실시예 1)FER-PS (Example 1) 0.3060.306 0.2390.239 0.5450.545 FER-H(비교예 1)FER-H (Comparative Example 1) 0.2290.229 0.0950.095 0.3240.324

산점의 분석 및 정량 결과 특히 열처리 촉매의 산점 감소가 큰 것으로 확인되었으며, 구조의 변형에 의한 촉매의 비표면적 감소와 산점 감소 경향이 일맥상통하였다. 또한, 포화 수증기 흐름 하의 플라즈마 처리 촉매의 경우 그 산점은 상당량 감소하는 것이 분석을 통해 확인되었으나, 이는 잔류 코크에 의한 산점 블로킹에 의해 유발되는 것으로 보이며, 산점이 감소하였음에도 불구하고 오히려 새 촉매에 비해 높은 카르보닐화 활성을 보이는 것은 X선 회절 분석을 통해 확인한 결정성 향상과 관련이 깊은 것으로 보인다.As a result of the analysis and quantification of the acid point, it was confirmed that the acid point decrease of the heat treatment catalyst was particularly large, and the specific surface area reduction and the acid point decrease tendency of the catalyst due to structural modification were consistent. In addition, in the case of the plasma treatment catalyst under saturated steam flow, it was confirmed through analysis that the acid point was significantly reduced, but this seems to be caused by acid point blocking by residual coke. The carbonylation activity seems to be closely related to the improvement of crystallinity confirmed through X-ray diffraction analysis.

Claims (18)

(1) 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입하는 단계; (2) 포화 수증기를 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급하는 단계; 및 (3) 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 공기와 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거하는 단계를 포함하되, 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치가 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용된 제올라이트 촉매를 수용할 수 있는 유전체 소재의 관형 용기; 관형 용기의 외벽에 배치된 접지 전극; 관형 용기와 평행하게 공간적으로 이격되도록, 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매에 삽입되며, 접지 전극보다 높은 전압이 인가되는 고전압 전극; 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매가 정해진 구역에 위치하도록 고정시키기 위한 고정부; 포화 수증기 공급부; 포화 수증기를 촉매 재생 장치 내로 이송시기키 위해 공기의 흐름을 발생시키는 공기 공급부; 및 고전압 전극에 조절된 전압을 제공하는 전원부를 구비하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.(1) introducing a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether into a dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration device; (2) supplying saturated steam together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus; And (3) applying a high voltage to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under the flow of air and saturated steam to remove 5 to 50% by weight of the total immersion coke, wherein the dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration device A tubular container made of a dielectric material capable of accommodating the zeolite catalyst used in the carbonylation reaction of dimethyl ether; A ground electrode disposed on the outer wall of the tubular container; A high voltage electrode inserted into the zeolite catalyst accommodated in the tubular container so as to be spatially spaced apart from the tubular container, and applied with a voltage higher than that of the ground electrode; A fixing part for fixing the zeolite catalyst contained in the tubular container to be located in a predetermined area; Saturated steam supply; An air supply unit generating a flow of air to transfer saturated steam into the catalyst regeneration device; And a power supply for providing a regulated voltage to the high voltage electrode, a method for regenerating a zeolite catalyst for a carbonylation reaction of dimethyl ether. 삭제delete 제1항에 있어서, 재생된 촉매가 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되기 이전의 제올라이트 촉매의 미세구조를 유지하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 1, wherein the regenerated catalyst maintains the microstructure of the zeolite catalyst prior to being used in the carbonylation reaction of dimethyl ether. 제1항에 있어서, 제올라이트 촉매가 페리어라이트(ferrierite), 모데나이트(mordenite), MFI(ZSM-5) 제올라이트, 훠자사이트(faujasite; FAU) 제올라이트 및 Y-제올라이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method of claim 1, wherein the zeolite catalyst is at least selected from the group consisting of ferrierite, mordenite, MFI (ZSM-5) zeolite, faujasite (FAU) zeolite, and Y-zeolite. One, a method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether. 제1항에 있어서, 단계 (2)에서 포화 수증기 흐름의 온도가 10~100℃이고 압력이 상압인, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 1, wherein in step (2) the temperature of the saturated steam flow is 10 to 100°C and the pressure is atmospheric pressure. 제1항에 있어서, 단계 (3)에서 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge)에 의해 플라즈마가 발생되는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 1, wherein plasma is generated by dielectric barrier discharge in step (3). 제1항에 있어서, 단계 (3)에서 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 인가되는 전압이 7~50 kV인, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 1, wherein the voltage applied to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device in step (3) is 7 to 50 kV. 제1항에 있어서, 단계 (3)이 1~35℃의 온도 및 상압의 조건 하에서 실시되는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method for regenerating a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 1, wherein step (3) is carried out under conditions of a temperature of 1 to 35°C and atmospheric pressure. 제1항에 있어서, 단계 (3)에서 플라즈마 처리로 제거되는 코크가 비결정성 카본(amorphous carbon) 또는 그라파이트성 탄소질(graphitic carbonaceous materials)이고, 비결정성 탄소 침적물이 70% 이상인, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 재생 방법.The method of claim 1, wherein the coke removed by plasma treatment in step (3) is an amorphous carbon or graphitic carbonaceous material, and the amorphous carbon deposit is 70% or more. A method for regenerating a zeolite catalyst for a carbonylation reaction. 제1항 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 재생된 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매로서, 미사용(fresh) 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매에 비해 다이메틸 에테르 전환율과 메틸 아세테이트 선택도가 상대적으로 높은 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 재생 제올라이트 촉매.A zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether regenerated by the method according to any one of claims 1 and 3 to 9, wherein a zeolite catalyst for carbonylation reaction of fresh dimethyl ether Regenerated zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether with relatively high dimethyl ether conversion and methyl acetate selectivity compared to. 제10항에 있어서, 재생 후 촉매 활성테스트에서 10분~2시간의 반응 시간 동안 1~70%의 다이메틸 에테르 전환율을 나타내는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 재생 제올라이트 촉매.The regenerated zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 10, which exhibits a dimethyl ether conversion rate of 1 to 70% during a reaction time of 10 minutes to 2 hours in a catalyst activity test after regeneration. 제10항에 있어서, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에서 90~99%의 메틸 아세테이트 선택도를 나타내는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 재생 제올라이트 촉매.The regenerated zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether according to claim 10, which exhibits a methyl acetate selectivity of 90 to 99% in the carbonylation reaction of dimethyl ether. 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용된 제올라이트 촉매를 수용할 수 있는 유전체 소재의 관형 용기; 관형 용기의 외벽에 배치된 접지 전극; 관형 용기와 평행하게 공간적으로 이격되도록, 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매에 삽입되며, 접지 전극보다 높은 전압이 인가되는 고전압 전극; 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매가 정해진 구역에 위치하도록 고정시키기 위한 고정부; 포화 수증기 공급부; 포화 수증기를 촉매 재생 장치 내로 이송시기키 위해 공기의 흐름을 발생시키는 공기 공급부; 및 고전압 전극에 조절된 전압을 제공하는 전원부를 구비하되, 고전압 전극에 고전압을 인가하여 공기와 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 제올라이트 촉매의 기공 내부에 침적되어 있는 총 코크의 5~50 중량%를 제거하는 데 사용되는, 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치.A tubular container made of a dielectric material capable of accommodating a zeolite catalyst used in the carbonylation reaction of dimethyl ether; A ground electrode disposed on the outer wall of the tubular container; A high voltage electrode inserted into the zeolite catalyst accommodated in the tubular container so as to be spatially spaced apart from the tubular container, and applied with a voltage higher than that of the ground electrode; A fixing part for fixing the zeolite catalyst contained in the tubular container to be located in a predetermined area; Saturated steam supply; An air supply unit generating a flow of air to transfer saturated steam into the catalyst regeneration device; And a power supply for providing a regulated voltage to the high voltage electrode, wherein the high voltage is applied to the high voltage electrode to generate a plasma under the flow of air and saturated steam, so that 5 to 50% by weight of the total coke deposited in the pores of the zeolite catalyst is Used to remove, dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration device. 제13항에 있어서, 재생하고자 하는 제올라이트 촉매가 고정부에 의해 지지되어 관형 용기 내의 접지 전극에 의해 커버된 부분 내에 수용되는, 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치.The apparatus for regenerating a dielectric barrier discharge type plasma catalyst according to claim 13, wherein the zeolite catalyst to be regenerated is supported by a fixing portion and accommodated in a portion covered by a ground electrode in the tubular container. (a) 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응용 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 단계; (b) 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치 내에 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용되어 촉매 기공 내부에 코크가 침적된 제올라이트 촉매를 투입하는 단계; (c) 포화 수증기를 공기와 함께 플라즈마 촉매 재생 장치 내로 공급하는 단계; 및 (d) 촉매 재생 장치 내의 고전압 전극에 고전압을 인가하여 공기와 포화 수증기 흐름 하에서 플라즈마를 발생시켜 총 침적 코크의 5~50 중량%를 제거하는 단계; 및 (e) 재생된 제올라이트 촉매의 존재 하에 다이메틸 에테르를 카르보닐화시켜 메틸 아세테이트를 합성하는 단계를 포함하되, 유전체 장벽 방전형 플라즈마 촉매 재생 장치가 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 사용된 제올라이트 촉매를 수용할 수 있는 유전체 소재의 관형 용기; 관형 용기의 외벽에 배치된 접지 전극; 관형 용기와 평행하게 공간적으로 이격되도록, 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매에 삽입되며, 접지 전극보다 높은 전압이 인가되는 고전압 전극; 관형 용기 내에 수용된 제올라이트 촉매가 정해진 구역에 위치하도록 고정시키기 위한 고정부; 포화 수증기 공급부; 포화 수증기를 촉매 재생 장치 내로 이송시기키 위해 공기의 흐름을 발생시키는 공기 공급부; 및 고전압 전극에 조절된 전압을 제공하는 전원부를 구비하는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 제조 방법.(a) synthesizing methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a zeolite catalyst for carbonylation reaction of dimethyl ether; (b) introducing a zeolite catalyst in which coke is deposited in the pores of the catalyst, which is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether into the dielectric barrier discharge type plasma catalyst regeneration apparatus; (c) supplying saturated water vapor together with air into the plasma catalyst regeneration apparatus; And (d) applying a high voltage to the high voltage electrode in the catalyst regeneration device to generate plasma under the flow of air and saturated steam to remove 5 to 50% by weight of the total immersion coke. And (e) synthesizing methyl acetate by carbonylating dimethyl ether in the presence of a regenerated zeolite catalyst, wherein the dielectric barrier discharge plasma catalyst regeneration device is used for the carbonylation reaction of dimethyl ether. A tubular container made of a dielectric material capable of accommodating a catalyst; A ground electrode disposed on the outer wall of the tubular container; A high voltage electrode inserted into the zeolite catalyst accommodated in the tubular container so as to be spatially spaced apart from the tubular container, and applied with a voltage higher than that of the ground electrode; A fixing part for fixing the zeolite catalyst contained in the tubular container to be located in a predetermined area; Saturated steam supply; An air supply unit generating a flow of air to transfer saturated steam into the catalyst regeneration device; And a power supply for providing a regulated voltage to the high voltage electrode. 삭제delete 제15항에 있어서, 단계 (a), 단계 (e) 또는 둘 다에서 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응이 150~300℃의 온도와 5~30 bar의 압력 조건 하에서 실시되는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 제조 방법.The method of claim 15, wherein the carbonylation reaction of dimethyl ether in step (a), step (e) or both is carried out under conditions of a temperature of 150 to 300 °C and a pressure of 5 to 30 bar. Method for producing methyl acetate by carbonylation reaction. 제15항에 있어서, 단계 (d)와 단계 (e)가 1회 이상 실시되는, 다이메틸 에테르의 카르보닐화 반응에 의한 메틸 아세테이트의 제조 방법.
The method for producing methyl acetate according to claim 15, wherein steps (d) and (e) are carried out at least once.
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