KR102294427B1 - Manufacturing apparatus and manufacturing process of formic acid using synthesis gas - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성가스로부터 포름산을 제조하는 공정 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 합성가스의 수성가스 전환반응에 의해 제조된 수소 및 이산화탄소의 혼합가스(혼합물)과, 반응매체인 아민계 화합물을 이용하여 연소에 의해 배출된 배가스로부터 이산화탄소를 포집한 아민 부가화합물을 반응기에 도입하여 포름산을 제조하는 공정 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a process and apparatus for producing formic acid from synthesis gas, specifically, a mixed gas (mixture) of hydrogen and carbon dioxide produced by a water gas conversion reaction of synthesis gas, and an amine compound as a reaction medium. The present invention relates to a process and an apparatus for producing formic acid by introducing an amine addition compound that captures carbon dioxide from an exhaust gas discharged by combustion into a reactor.

Description

합성가스를 이용한 포름산의 제조공정 및 제조장치{MANUFACTURING APPARATUS AND MANUFACTURING PROCESS OF FORMIC ACID USING SYNTHESIS GAS}Manufacturing process and manufacturing apparatus of formic acid using syngas

본 발명은 합성가스의 수성가스 전환반응에 의해 제조된 수소와 이산화탄소의 혼합물을 이용하여 포름산을 제조하는 공정 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a process and an apparatus for producing formic acid using a mixture of hydrogen and carbon dioxide produced by a water gas conversion reaction of syngas.

포름산은 다용도로 이용될 수 있는 화합물이다. 예를 들어, 동물 사료의 제조에서 산성화를 위한 보조제, 소독제 또는 텍스타일로, 가죽 산업에서의 보조제로, 항공기 내지 활주로의 제빙을 위한 반응물 등으로 이용될 수 있다.Formic acid is a compound that can be used for many purposes. For example, it can be used as an adjuvant, disinfectant or textile for acidification in the manufacture of animal feed, as an adjuvant in the leather industry, as a reactant for deicing of aircraft or runways, and the like.

종래, 상업적으로 포름산을 제조하는 공정 중 하나는 합성된 메탄올을 카보닐화하여 메틸포메이트를 제조하고 이를 수화 반응시키는 것이었다. 이러한 공정은 메탄올을 이용하여 포름산을 제조하기 위하여, 메탄올의 합성 공정, 메탄올의 카보닐화 공정 및 메틸포메이트의 수화 공정의 총 3단계 공정이 필요하게 된다.Conventionally, one of the processes for commercially producing formic acid was to carbonyl the synthesized methanol to prepare methyl formate and to hydrate it. In this process, in order to produce formic acid using methanol, a total of three steps of a synthesis process of methanol, a carbonylation process of methanol, and a hydration process of methyl formate are required.

이에 따라, 이산화탄소의 수소화 반응을 이용하여 1단계 공정만으로 포름산을 제조할 수 있는 공정에 대하여, 많은 연구가 이루어지고 있다. 일 예로서, 균질계 촉매 및 아민이 포함된 고압의 교반 반응기 내에서 이산화탄소와 수소를 반응시킴으로써, 포름산을 제조하는 공정이 있다. 이러한 이산화탄소의 수소화 반응을 통한 포름산의 제조 공정에 있어서, 수소화 반응에 대한 활성이 큰 촉매는 포름산의 분해 반응에 대한 활성 역시 크게 나타날 수 있다. 따라서, 포름산의 분해를 억제하여 높은 수율의 포름산을 수득하기 위해서는 촉매를 회수하는 것이 매우 중요하다.Accordingly, many studies have been made on a process capable of producing formic acid in only one step using the hydrogenation reaction of carbon dioxide. As an example, there is a process for producing formic acid by reacting carbon dioxide and hydrogen in a high-pressure stirred reactor containing a homogeneous catalyst and an amine. In the process for producing formic acid through the hydrogenation of carbon dioxide, a catalyst having a high activity for the hydrogenation reaction may also exhibit a large activity for the decomposition reaction of formic acid. Therefore, it is very important to recover the catalyst in order to obtain a high yield of formic acid by suppressing the decomposition of formic acid.

1994년 Noyori 및 Jessop 등은 초임계의 이산화탄소 조건의 균질계 촉매 상에서 수소화 반응을 수행하여 포름산을 제조하는 공정을 구현하였다. 그 이후 Ru계 및 Ir계의 많은 균질계 촉매들이 개발되었고, 그 결과 TON(turnover number)이 수십만에 이르는 수준까지 활성이 높은 촉매들이 개발된 바 있다. 그럼에도 불구하고 균질계 촉매를 회수하는 반응시스템 및 공정의 개발 문제로 인해 이산화탄소의 수소화 반응은 상용화되지 못하였다.In 1994, Noyori and Jessop et al. implemented a process for producing formic acid by performing a hydrogenation reaction on a homogeneous catalyst under supercritical carbon dioxide conditions. Since then, many homogeneous catalysts of Ru and Ir have been developed, and as a result, catalysts with high activity up to a level of TON (turnover number) reaching hundreds of thousands have been developed. Nevertheless, the hydrogenation reaction of carbon dioxide has not been commercialized due to the development problem of a reaction system and process for recovering a homogeneous catalyst.

이러한 문제를 해결하고자, US 20120157711A1에는 균질계 촉매가 잘 용해되는 용매층 및 포름산이 주로 용해되는 용매층으로의 상분리를 통해 촉매를 회수하고자, 분자 당 6개 이상의 탄소를 갖는 아민을 촉매로 이용하고, 알코올 용매를 별도로 추가하는 점이 개시된 바 있다.In order to solve this problem, US 20120157711A1 discloses that in order to recover the catalyst through phase separation into a solvent layer in which a homogeneous catalyst is well dissolved and a solvent layer in which formic acid is mainly dissolved, an amine having 6 or more carbons per molecule is used as a catalyst, and , It has been disclosed that separately adding an alcohol solvent.

그러나, 아민을 촉매로 이용하고 알코올 용매를 추가하는 것만으로는 촉매의 완전한 회수가 불가능하였다. 이에 Ag 촉매 등의 불균질계 촉매 조건 하에서 교반 반응기를 이용한 수소화 반응을 통해 포름산을 얻고자 하였으나, 180 기압 이상의 압력 조건에서 반응 활성이 낮은 문제점이 발생하였다(Angew.Chem.123(2011) 12759). 또한 이산화탄소를 직접 수소화하는 경우 이산화탄소의 포집 및 수소의 생산에 과다한 비용이 소비되고, 수소의 생산 시 이산화탄소의 발생량이 12.13 kg CO2/H2 (J. Clean Prod. 85 (2014) 151-163)로 과다하여 경제성 확보가 어렵고, 이산화탄소의 저감효과가 떨어지는 문제점이 있었다.However, complete recovery of the catalyst was not possible only by using an amine as a catalyst and adding an alcohol solvent. Accordingly, an attempt was made to obtain formic acid through a hydrogenation reaction using a stirred reactor under heterogeneous catalyst conditions such as an Ag catalyst, but a problem occurred that the reaction activity was low at a pressure condition of 180 atmospheres or more (Angew.Chem.123 (2011) 12759) . In addition, when carbon dioxide is directly hydrogenated, excessive costs are consumed for carbon dioxide capture and hydrogen production, and the amount of carbon dioxide generated during hydrogen production is 12.13 kg CO 2 /H 2 (J. Clean Prod. 85 (2014) 151-163) There were problems in that it was difficult to secure economic feasibility due to the excessive amount of carbon dioxide, and the reduction effect of carbon dioxide was lowered.

US 20120157711 A1US 2012157711 A1

Angew.Chem.123(2011) 12759Angew.Chem.123 (2011) 12759 J. Clean Prod. 85 (2014) 151-163J. Clean Prod. 85 (2014) 151-163

본 발명은 합성가스의 수성가스 반응에 의해 수소 및 이산화탄소의 혼합물을 제조하여 별도의 분리공정없이 바로 포름산염 생성반응기에 도입하고, 반응매체인 아민을 사용하여 추가로 필요한 이산화탄소를 포집하여 이를 바로 이산화탄소의 수소화 반응에 이용하여 포름산을 제조함으로써, 포름산의 제조에 과다한 비용이 소비되고, 이산화탄소의 저감효과가 떨어지는 문제점을 해결하고자 한다. 또한 비균질계 촉매를 사용함으로써 균질계 촉매의 문제점을 해결하고자 한다.The present invention prepares a mixture of hydrogen and carbon dioxide by a water gas reaction of syngas, introduces it directly into a formate generation reactor without a separate separation process, and uses an amine as a reaction medium to capture additional carbon dioxide, which is then directly carbon dioxide By producing formic acid by using the hydrogenation reaction of the formic acid, it is intended to solve the problem that excessive cost is consumed for the production of formic acid and the reduction effect of carbon dioxide is poor. In addition, by using a heterogeneous catalyst, the problem of the homogeneous catalyst is to be solved.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 합성가스를 필요한 양의 물과 함께 수성가스 전환부에 공급하여 합성가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소 및 수소로 전환하는 공정; 상기 수성가스 전환부에서 전환된 이산화탄소 및 수소가 포함된 혼합가스를 포름산 제조 촉매가 구비된 포름산염 생성부에 공급하여 포름산염을 생성하는 공정; 및 상기 포름산염을 포름산 분리부에 공급하여 포름산을 분리하는 공정을 포함하고, 상기 합성가스는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 석탄, 바이오매스, 바이오가스 및 제철소 부생가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에서 유래된 것인 포름산의 제조공정을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a process for converting carbon monoxide contained in the synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen by supplying the synthesis gas to a water gas conversion unit together with a required amount of water; supplying the mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen converted in the water gas conversion unit to a formate generating unit equipped with a formic acid manufacturing catalyst to generate formate; and supplying the formic acid salt to a formic acid separation unit to separate formic acid, wherein the synthesis gas is at least one selected from the group consisting of hydrocarbons having 1 to 5 carbon atoms, coal, biomass, biogas, and steelworks by-product gas. It provides a process for producing formic acid that is derived from.

또한 본 발명은, 합성가스의 수성가스 반응에 의해 합성가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 전환하는 수성가스 전환부; 촉매 존재 하에 상기 수소 및 이산화탄소가 포함된 혼합가스와 아민계 화합물을 반응시켜 포름산염을 생성하는 포름산염 생성부; 및 상기 포름산염에서 포름산을 분리하는 포름산 분리부를 포함하고, 상기 합성가스는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 석탄, 바이오매스, 바이오가스 및 제철소 부생가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에서 유래된 것인 포름산의 제조장치를 제공한다.In addition, the present invention, a water gas conversion unit for converting carbon monoxide contained in the synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen by the water gas reaction of the synthesis gas; a formate generator for generating a formate by reacting the mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide with an amine compound in the presence of a catalyst; and a formic acid separation unit for separating formic acid from the formic acid salt, wherein the synthesis gas is derived from at least one selected from the group consisting of hydrocarbons having 1 to 5 carbon atoms, coal, biomass, biogas, and steel mill by-product gas. An apparatus for producing formic acid is provided.

본 발명은 합성가스를 반응원료로 사용함에 따라 이산화탄소의 수소화 반응을 위해 정제된 이산화탄소 및 수소를 반응원료로 사용하지 않아도 되므로, 종래의 이산화탄소의 수소화 반응에 의한 포름산의 제조공정에 비해 경제성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 불균질계 촉매가 충진된 포름산염 생성부를 이용함에 따라 생성물에 촉매 성분이 함유되지 않으며, 별도의 촉매 회수 시스템이 요구되지 않고, 촉매 입자가 파쇄되는 것을 방지할 수 있다.As the present invention uses synthesis gas as a reaction raw material, it is not necessary to use purified carbon dioxide and hydrogen as reaction raw materials for the hydrogenation of carbon dioxide. have. In addition, according to the present invention, since the formate generator filled with the heterogeneous catalyst is used, a catalyst component is not contained in the product, a separate catalyst recovery system is not required, and it is possible to prevent the catalyst particles from being crushed.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 연급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects that are not advanced will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the specific content for carrying out the invention.

도 1은 본 발명에 따른 포름산의 제조공정 및 제조장치를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 촉매의 분석 결과를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 촉매의 제조과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에서 제조된 촉매의 분석 결과를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 6에서 제조된 촉매의 분석 결과를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명에 따른 포름산의 제조공정에서 사용되는 고정층 반응기를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 15에서 포름산염의 생산성 결과를 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 본 발명에 따른 포름산의 제조공정에서 사용되는 유동층 반응기를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 17에 따른 포름산의 제조공정을 설명하기 위한 공정도이다.
1 is a flowchart for explaining a manufacturing process and manufacturing apparatus of formic acid according to the present invention.
2 is a reference diagram for explaining the analysis result of the catalyst prepared in Example 1 of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process for preparing a catalyst in Example 2 of the present invention.
4 is a reference diagram for explaining the analysis result of the catalyst prepared in Example 4 of the present invention.
5 is a reference diagram for explaining the analysis result of the catalyst prepared in Example 6 of the present invention.
6 is a schematic view showing a fixed bed reactor used in the process for producing formic acid according to the present invention.
7 is a reference diagram for explaining the productivity results of formate in Example 15 of the present invention.
8 is a schematic diagram showing a fluidized bed reactor used in the process for producing formic acid according to the present invention.
9 is a flowchart illustrating a process for producing formic acid according to Example 17 of the present invention.

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the description and claims of the present invention should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명은 합성가스의 수성가스 반응에 의해 합성가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소 및 수소로 전환하여 별도의 분리공정없이 반응기(예를 들어, 포름산염 생성반응기)에 공급하고, 또한 연소 배가스에 포함된 이산화탄소를 반응매체인 아민계 화합물로 포집하여 반응기에 공급한 후, 불균질 촉매가 포함된 반응기에서 이산화탄소의 수소화 반응을 진행하고, 분리 및 정제하는 과정을 거쳐 포름산을 제조하는 공정 및 장치에 관한 것이다.The present invention converts carbon monoxide contained in synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen by the water gas reaction of synthesis gas and supplies it to a reactor (for example, a formate generation reactor) without a separate separation process, and also contains the combustion exhaust gas. It relates to a process and apparatus for producing formic acid by collecting carbon dioxide as an amine-based compound as a reaction medium, supplying it to a reactor, conducting a hydrogenation reaction of carbon dioxide in a reactor containing a heterogeneous catalyst, and separating and purifying .

구체적으로, 본 발명에 따른 포름산의 제조공정은 합성가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 전환하는 공정(이하 'A-1 공정'이라 함); 포름산염을 생성하는 공정(이하 'A-2 공정'이라 함); 및 포름산을 분리하는 공정(이하 'A-3 공정'이라 함)을 포함할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 포름산의 제조공정은 필요에 따라 탄산-아민 부가화합물을 생성하는 공정(이하 'A-4 공정'이라 함)을 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 포름산의 제조공정은 필요에 따라 포름산염을 포함하는 생성물을 기액 분리하는 공정(이하 'A-5 공정'이라 함)을 더 포함할 수 있다.Specifically, the manufacturing process of formic acid according to the present invention includes a process of converting carbon monoxide contained in synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen (hereinafter referred to as 'process A-1'); a process for producing formate (hereinafter referred to as 'process A-2'); and a process of separating formic acid (hereinafter referred to as 'process A-3'). The process for producing formic acid according to the present invention may further include a process for producing a carbonate-amine addition compound (hereinafter referred to as 'Step A-4'), if necessary. In addition, the manufacturing process of formic acid according to the present invention may further include a process of gas-liquid separation of a product containing formic acid salt (hereinafter referred to as 'process A-5'), if necessary.

본 발명에 따른 포름산의 제조장치는 수성가스 전환부(100), 포름산염 생성부(200) 및 포름산 분리부(300)를 포함할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 포름산의 제조장치는 필요에 따라 이산화탄소 포집부(400)를 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 포름산의 제조장치는 기액 분리부(500)를 더 포함할 수 있다.The apparatus for producing formic acid according to the present invention may include a water gas conversion unit 100 , a formate generation unit 200 , and a formic acid separation unit 300 . The apparatus for producing formic acid according to the present invention may further include a carbon dioxide collecting unit 400 if necessary. Also, the apparatus for producing formic acid according to the present invention may further include a gas-liquid separation unit 500 .

이와 같은 본 발명에 따른 포름산의 제조공정 및 제조장치에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The manufacturing process and manufacturing apparatus of formic acid according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 as follows.

상기 A-1 공정은 반응원료인 합성가스에 포함된 일산화탄소 및 물로부터 이산화탄소 및 수소를 생성하는 공정으로, 합성가스를 수성가스 전환부(100)에 공급하여 합성가스에 포함된 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하여 이산화탄소 및 수소를 생성하는 과정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 A-1 공정은 하기 반응식 1과 같은 수성가스 반응을 포함할 수 있다.The A-1 process is a process for generating carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water contained in synthesis gas, which is a reaction raw material. The synthesis gas is supplied to the water gas conversion unit 100 to convert carbon monoxide contained in the synthesis gas into hydrogen and carbon dioxide. It may be converted into a process of generating carbon dioxide and hydrogen. Specifically, the A-1 process may include a water gas reaction as shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

CO + H2O → CO2 + H2 CO + H 2 O → CO 2 + H 2

상기 수성가스 반응은 열역학적으로 온도가 낮을수록 완결반응으로 진행될 수 있으며, 온도가 높을수록 일산화탄소의 전환율이 감소될 수 있다. 이러한 수성가스 반응은 1 단계로 수행될 수 있으나, 반응효율을 높이기 위해 2 단계로 수행될 수 있다. 구체적으로 수성가스 반응은 300도 이상의 고온에서 반응이 이루어지는 고온 수성가스 반응과 300도 이하의 온도에서 반응이 이루어지는 저온 수성가스 반응을 거치는 것으로 수행될 수 있다.The water gas reaction may be thermodynamically progressed to a complete reaction as the temperature is lower, and the conversion rate of carbon monoxide may be reduced as the temperature is higher. This water gas reaction may be performed in one step, but may be performed in two steps to increase the reaction efficiency. Specifically, the water gas reaction may be performed by passing a high temperature water gas reaction in which the reaction is performed at a high temperature of 300 degrees or more and a low temperature water gas reaction in which the reaction is performed at a temperature of 300 degrees or less.

상기 고온 수성가스 반응은 CO에 대한 물의 몰비가 10:1 내지 1:1이고, 300 내지 500도의 반응온도 및 1 내지 50기압의 반응압력 조건에서 수행될 수 있다. 또한 고온 수성가스 반응에는 Fe, Cr, Zn 등의 혼합 산화물계 촉매가 사용될 수 있다.The high-temperature water gas reaction may be performed at a molar ratio of water to CO of 10:1 to 1:1, a reaction temperature of 300 to 500 degrees, and a reaction pressure of 1 to 50 atmospheres. In addition, a mixed oxide catalyst such as Fe, Cr, Zn may be used for the high-temperature water gas reaction.

상기 저온 수성가스 반응은 CO에 대한 물의 몰비가 10:1 내지 1:1이고, 100 내지 300도의 반응온도 및 1 내지 50기압의 반응압력 조건에서 수행될 수 있다. 또한 저온 수성가스 반응에는 Cu, ZnO, Al2O3 등의 촉매가 사용될 수 있다. 이때, 촉매에는 Zr 및/또는 Ga 산화물이 첨가될 수 있다.The low-temperature water gas reaction may be performed at a molar ratio of water to CO of 10:1 to 1:1, a reaction temperature of 100 to 300 degrees, and a reaction pressure of 1 to 50 atmospheres. In addition, catalysts such as Cu, ZnO, Al 2 O 3 and the like may be used for the low-temperature water gas reaction. In this case, Zr and/or Ga oxide may be added to the catalyst.

상기 A-1 공정에서 수성가스 전환부(100)에 공급되는 스트림(1)인 합성가스는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 석탄, 바이오매스, 바이오가스 및 제철소 부생가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에서 유래된 것일 수 있다.Syngas, which is the stream (1) supplied to the water gas conversion unit 100 in the A-1 process, is at least one selected from the group consisting of hydrocarbons having 1 to 5 carbon atoms, coal, biomass, biogas, and steel mill by-product gas. may be derived from

보다 구체적으로 합성가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 펜탄과 같은 탄소수 1 내지 5의 탄화수소를 개질 반응시켜 얻어진 반응물을 포함할 수 있다. 또한 합성가스는 석탄 또는 바이오매스를 개질 반응 또는 가스화 반응시켜 얻어진 반응물을 포함할 수 있다. 또 합성가스는 바이오가스 또는 제철소 부생가스를 개질 반응시켜 얻어진 반응물을 포함할 수 있다. 상기 개질 반응 및 가스화 반응은 통상적으로 공지된 방법으로 이루어질 수 있다.More specifically, the synthesis gas may include a reactant obtained by reforming a hydrocarbon having 1 to 5 carbon atoms, such as methane, ethane, propane, butane, or pentane. In addition, the synthesis gas may include a reactant obtained by reforming or gasifying coal or biomass. In addition, the synthesis gas may include a reactant obtained by reforming biogas or by-product gas of a steel mill. The reforming reaction and gasification reaction may be carried out in a commonly known method.

상기 A-1 공정을 통해 생성된 혼합가스는 이산화탄소와 수소를 포함하는 스트림(2)으로 A-2 공정에 공급될 수 있다.The mixed gas generated through the A-1 process may be supplied to the A-2 process as a stream 2 containing carbon dioxide and hydrogen.

이와 같은 A-1 공정을 통해 얻어진 혼합가스는 별도의 분리공정없이 후술되는 포름산염 생성부(200)에 바로 공급되기 때문에 포름산 제조원료인 수소와 이산화탄소를 제조하기 위해 수행되었던 수소의 제조공정 및 이산화탄소의 포집정제과정이 생략되어 종래 대비 포름산의 제조공정의 효율(경제성)을 높일 수 있다.Since the mixed gas obtained through the A-1 process is directly supplied to the formate generator 200 to be described later without a separate separation process, the hydrogen production process and carbon dioxide that were performed to produce hydrogen and carbon dioxide, which are raw materials for producing formic acid Since the capture and purification process of the formic acid is omitted, the efficiency (economical efficiency) of the formic acid production process can be increased compared to the prior art.

상기 A-4 공정은 탄산-아민 부가화합물을 생성하는 공정으로, 연소 배가스와 아민계 화합물을 이산화탄소 포집부(400)에 공급하여 탄산-아민 부가화합물을 생성하는 과정으로 이루어질 수 있다. 이러한 A-4 공정은 필요에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다. 즉, A-4 공정은 포름산염 생성부(200)에 공급되는 혼합가스에 포함된 이산화탄소(a)와 수소(b)의 몰비(b/a)가 2.0보다 낮아, 포름산염 생성반응에 이산화탄소가 부족하게 되는 경우에 수행되는 것으로, 하기 반응식 2와 같은 아민계 화합물에 의한 이산화탄소의 흡수 반응을 포함할 수 있다. 이때, 이산화탄소는 일부 용매에 물리적으로 흡수될 수도 있다.The A-4 process is a process for producing a carbonate-amine adduct compound, and may include a process of supplying combustion exhaust and an amine compound to the carbon dioxide collecting unit 400 to generate a carbonate-amine adduct compound. This A-4 process may be selectively performed as needed. That is, in the A-4 process, the molar ratio (b/a) of carbon dioxide (a) and hydrogen (b) contained in the mixed gas supplied to the formate generation unit 200 is lower than 2.0, so that carbon dioxide is not added to the formate generation reaction. It is performed when insufficient, and may include absorption of carbon dioxide by an amine-based compound as shown in Scheme 2 below. In this case, carbon dioxide may be physically absorbed by some solvents.

[반응식 2][Scheme 2]

a CO2 + b NR1R2R3 + H2O → b NR1R2R3H+:c HCO3 - a CO 2 + b NR 1 R 2 R 3 + H 2 O → b NR 1 R 2 R 3 H + :c HCO 3 -

구체적으로 A-4 공정에서는 연소 배가스(스트림(8))와 아민계 화합물이 이산화탄소 포집부(400)에 공급되고, 연소 배가스에 함유된 이산화탄소를 반응매체인 아민계 화합물이 흡수하여 NR1R2R3H+:HCO3 - 등과 같은 탄산-아민 부가화합물(adduct)이 생성될 수 있다. 상기 탄산-아민 부가화합물은 구체적으로 암모늄 바이카보네이트(ammonium bicarbonate, (HNR1R2R3)+(HCO3)-), 또는 암모늄 카보네이트(ammonium carbonate, (HNR1R2R3)2 2+(CO3)2-)와 같은 암모늄염을 포함할 수 있다. 또한 탄산-아민 부가 화합물은 수용액의 형태를 가질 수 있다.Specifically, in the A-4 process, the combustion exhaust gas (stream 8) and the amine compound are supplied to the carbon dioxide collecting unit 400, and the amine compound as a reaction medium absorbs carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas to NR 1 R 2 Carbonic acid-amine adducts such as R 3 H + :HCO 3 - may be formed. The carbonate-amine addition compound is specifically ammonium bicarbonate (HNR 1 R 2 R 3 ) + (HCO 3 ) - ), or ammonium carbonate, (HNR 1 R 2 R 3 ) 2 2+ (CO 3 ) 2- ) may include ammonium salts. Also, the carbonate-amine addition compound may be in the form of an aqueous solution.

여기서 아민계 화합물로 트리알킬아민을 사용할 경우, 물에 대한 용해도가 낮아 트리알킬아민과 물은 이산화탄소의 수소화 반응에서 액체 간의 상분리가 일어날 수 있다. 이와 같이 상분리가 일어날 경우, 이산화탄소의 수소화 공정에서의 반응 효율이 낮아질 수 있다.Here, when trialkylamine is used as the amine-based compound, the solubility in water is low, so that the trialkylamine and water may undergo phase separation between liquids in the hydrogenation reaction of carbon dioxide. When the phase separation occurs as described above, the reaction efficiency in the carbon dioxide hydrogenation process may be lowered.

그러나 상기 탄산-아민 부가화합물은 주성분이 암모늄 바이카보네이트(ammonium bicarbonate, (HNR1R2R3)+(HCO3)-) 등과 같은 암모늄염임에 따라 물에 대한 용해도가 높아 이산화탄소의 수소화 반응에서 물과 상분리가 일어나는 것이 최소화될 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 이산화탄소의 수소화 공정에서의 반응 효율을 높일 수 있다. 상기 탄산-아민 부가화합물에서 NR1R2R3H+에 대한 HCO3 -의 몰비(c/b)는 0.1 내지 1.0일 수 있다.However, the carbonate-amine addition compound has a high solubility in water as the main component is an ammonium salt such as ammonium bicarbonate (HNR 1 R 2 R 3 ) + (HCO 3 ) - ) The occurrence of over-phase separation can be minimized, whereby the present invention can increase the reaction efficiency in the carbon dioxide hydrogenation process. The molar ratio (c/b) of HCO 3 to NR 1 R 2 R 3 H + in the carbonate-amine adduct compound may be 0.1 to 1.0.

상기 연소 배가스와 반응하는 아민계 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The amine-based compound reacting with the combustion exhaust may be a compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

NR1R2R3 NR 1 R 2 R 3

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되거나 서로 결합(예를 들어, R1 및 R2의 결합, R2 및 R3의 결합, 또는 R2 및 R3의 결합)하여 지방족 고리 또는 방향족 고리를 형성하고, 상기 R1 내지 R3의 알킬기 및 시클로알킬기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 6 내지 10의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.R 1 to R 3 are the same as or different from each other, and are each independently selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, or are bonded to each other (eg, R 1 and R 2 of bonding, R 2 and R 3 , or R 2 and R 3 bonding) to form an aliphatic ring or an aromatic ring, and the alkyl group and cycloalkyl group of R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. And it may be unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 10 carbon atoms.

여기서 R1 내지 R3에 함유된 총 탄소수는 12개 이하일 수 있고, 구체적으로 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 2개 또는 3개의 탄소수를 갖는 알킬기일 수 있다.Here, the total number of carbon atoms contained in R 1 to R 3 may be 12 or less, and specifically, R 1 , R 2 and R 3 may each independently be an alkyl group having 2 or 3 carbon atoms.

상기 알킬기는 선형 또는 분지형으로, 구체적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등일 수 있다. 상기 시클로알킬기는 구체적으로 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로헥실기 등일 수 있다. 상기 방향족 고리는 N, O, S와 같은 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 방향족 고리일 수 있다. 상기 아릴기는 페닐기, 나프틸기 등일 수 있다.The alkyl group may be linear or branched, specifically, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, or the like. The cycloalkyl group may be specifically a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclohexyl group, and the like. The aromatic ring may be an aromatic ring with or without a hetero atom such as N, O, or S. The aryl group may be a phenyl group, a naphthyl group, or the like.

구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 아민계 화합물은 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine), 트리펜틸아민(tripentylamine), 트리프로필아민(tripropylamine), 트리부틸아민(tributylamine), 트리헥실아민(trihexylamine), N,N-디메틸부틸아민(N,N-dimethylbutylamine), 디메틸사이클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine), 디메틸펜에틸아민(dimethylphenethylamine) 및 이소아밀아민(isoamylamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Specifically, the amine-based compound represented by Formula 1 is trimethylamine, triethylamine, tripentylamine, tripropylamine, tributylamine, trihexylamine ( trihexylamine), N,N-dimethylbutylamine, dimethylcyclohexylamine, dimethylphenethylamine, and isoamylamine may be at least one selected from the group consisting of have.

또한 상기 연소 배가스와 반응하는 아민계 화합물은 디메틸 피페라진(N,N-dimethyl piperazine), 디에틸 피페라진(N,N-diethyl piperazine) 등과 같은 디알킬피페라진(N,N-dialkyl piperazine); 모폴린(morpholine); 메틸모폴린(N-methyl morpholine), 에틸모폴린(N-ethyl morpholine), 프로필모폴린(N-propyl morpholine), 부틸모폴린(N-butyl morpholine) 등과 같은 알킬모폴린(N-alkyl morpholine); 메틸피페리딘(methylpiperidine), 에틸피페리딘(ethylpiperidine), 프로필피페리딘(propylpiperidine), 부틸피페리딘(butylpipeirdine) 등과 같은 알킬피페리딘(alkylpiperidine); 및 메틸피롤리딘(methylpyrrolidine), 에틸피롤리딘(ethylpyrrolidine), 프로필피롤리딘(propylpyrrolidine), 부틸피롤리딘(butylpyrrolidine) 등과 같은 알킬피롤리딘(alkylpyrrolidine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로 아민계 화합물은 물에 대한 용해도가 높아 별도의 상분리 공정을 수행하지 않아도 되는 디알킬피페라진, 알킬피페리딘, 알킬피롤리딘 또는 알킬모폴린일 수 있다.In addition, the amine-based compound reacting with the combustion exhaust is dialkyl piperazine (N,N-dialkyl piperazine) such as dimethyl piperazine (N,N-dimethyl piperazine), diethyl piperazine (N,N-diethyl piperazine); morpholine; N-alkyl morpholine, such as methyl morpholine, N-ethyl morpholine, N-propyl morpholine, N-butyl morpholine, etc. ; alkylpiperidines such as methylpiperidine, ethylpiperidine, propylpiperidine, butylpipeirdine, and the like; And at least one selected from the group consisting of alkylpyrrolidine such as methylpyrrolidine, ethylpyrrolidine, propylpyrrolidine, butylpyrrolidine, and the like can Specifically, the amine-based compound may be dialkylpiperazine, alkylpiperidine, alkylpyrrolidine or alkylmorpholine, which does not require a separate phase separation process due to its high solubility in water.

상기 A-4 공정에서 이산화탄소의 흡수 반응은 10 내지 100도(구체적으로 20 내지 80도)의 반응온도 및 1 내지 50기압(구체적으로 1 내지 20기압)의 반응압력 조건에서 수행될 수 있다.In the process A-4, the carbon dioxide absorption reaction may be performed at a reaction temperature of 10 to 100 degrees (specifically, 20 to 80 degrees) and a reaction pressure of 1 to 50 atmospheres (specifically, 1 to 20 atmospheres).

상기 A-4 공정을 통해 생성된 탄산-아민 부가화합물을 포함하는 생성물은 스트림(7)로 이산화탄소 포집부(400)에서 배출되어 포름산염 생성부(200)로 공급될 수 있다. 구체적으로 상기 스트림(7)에는 탄산-아민 부가화합물, 아민계 화합물 및 이산화탄소가 포함될 수 있다. 또한, 스트림 (7)에는 탄산-아민 부가화합물과 함께 유리 아민 또는 유리 탄산의 혼합물이 포함될 수 있다.The product including the carbonate-amine adduct generated through the process A-4 may be discharged from the carbon dioxide collecting unit 400 as a stream 7 and supplied to the formate generating unit 200 . Specifically, the stream 7 may include carbonic acid-amine adducts, amine-based compounds, and carbon dioxide. Stream (7) may also contain a mixture of free amines or free carbonic acids with carbonate-amine adducts.

상기 A-4 공정에서 이산화탄소 포집부(400)는 연소 배가스로부터 이산화탄소의 흡수 반응이 일어나는 이산화탄소 흡수탑 등을 포함할 수 있다.In the process A-4, the carbon dioxide collecting unit 400 may include a carbon dioxide absorption tower in which the absorption reaction of carbon dioxide from combustion exhaust gas occurs.

상기 A-2 공정은 포름산 전구체인 포름산염을 생성하는 공정으로, 상기 수성가스 전환부(100)에 의해 생성된 이산화탄소 및 수소가 포함된 혼합가스를 촉매가 구비된 포름산염 생성부(200)에 공급하여 포름산염을 생성하는 과정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 A-2 공정에서는 이산화탄소, 아민계 화합물 및 수소의 반응을 통해 포름산염(아민-포름산 부가화합물)이 생성되는 것으로, 하기 반응식 3과 같은 이산화탄소의 수소화 반응을 포함할 수 있다.The A-2 process is a process for generating formate, which is a precursor of formic acid. The mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen generated by the water gas conversion unit 100 is transferred to the formate generating unit 200 equipped with a catalyst. It can be made in the process of producing formate by supplying it. Specifically, in process A-2, a formate (amine-formic acid addition compound) is generated through a reaction of carbon dioxide, an amine-based compound, and hydrogen, and may include a hydrogenation reaction of carbon dioxide as shown in Scheme 3 below.

[반응식 3][Scheme 3]

a CO2 + b H2 + c H2O + d NR1R2R3H+:xHCO3 - → d NR1R2R3H+:eHCOO- a CO 2 + b H 2 + c H 2 O + d NR 1 R 2 R 3 H + :xHCO 3 - → d NR 1 R 2 R 3 H + :eHCOO

상기 반응식 3에서 물(H2O)은 포름산염 생성부(200)에서 생성된 포름산염에서 유래(포름산염의 기액 분리를 통해 회수)될 수 있으며, 보조 용매로 포름산염 생성부(200)에 공급되는 경우를 의미할 수 있다. 또한 물 대신에 포름산 분리부(300)에서 유래된 보조 아민(예를 들어, n-methylpyrrolidone 및 n-butylimidazole)이 보조 용매로 공급되거나, 보조 아민과 물이 혼합된 혼합물이 보조 용매로 공급될 수 있다. 상기 보조 아민은 어프록틱 삼차아민(aproctic amine)으로, N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), N-포르밀 모르폴린(N-formyl morpholine), N-메틸아세트아마이드(N-methylacetamide), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), N.N-디에틸아세트아마이드(N.N-diethylacetamide), N-에틸아세트아마이드(N-ethylacetamide), N-부틸이미다졸(N-butylimidazole), N-메틸이미다졸(N-methylimidazole) 및 N-에틸이미다졸(N-ethylimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In Scheme 3, water (H 2 O) may be derived from the formate produced in the formate generating unit 200 (recovered through gas-liquid separation of formate), and supplied to the formate generating unit 200 as an auxiliary solvent. It may mean that the In addition, an auxiliary amine (eg, n-methylpyrrolidone and n-butylimidazole) derived from the formic acid separation unit 300 instead of water may be supplied as an auxiliary solvent, or a mixture of auxiliary amine and water may be supplied as an auxiliary solvent. have. The auxiliary amine is an aproctic tertiary amine, N-methylpyrrolidone (N-methylpyrrolidone), N-formyl morpholine (N-formyl morpholine), N-methylacetamide (N-methylacetamide) , N,N-dimethylacetamide, NN-diethylacetamide, N-ethylacetamide, N-butylimidazole , may be at least one selected from the group consisting of N-methylimidazole (N-methylimidazole) and N-ethylimidazole (N-ethylimidazole).

상기 반응식 3에서 이산화탄소(CO2)는 용액에 용해된 상태일 수 있다. 또한 이산화탄소(CO2)는 수성가스 전환부(100)에서 전환된 이산화탄소(CO2)이거나, 포름산염 생성부(200)로 공급되는 혼합가스(스트림 (2)))와 함께 별도의 이산화탄소(CO2)가 추가로 공급된 것일 수 있다. 상기 별도의 이산화탄소(CO2)는 이산화탄소 포집부(400)에서 공급되거나 포름산염 생성부(200)에 별도로 구비된 이산화탄소 공급라인(미도시)을 통해 공급될 수 있다.In Scheme 3, carbon dioxide (CO 2 ) may be in a dissolved state in a solution. In addition, carbon dioxide (CO 2) is a separate carbon dioxide (CO together with the carbon dioxide (CO 2) or, formates mixed gas supplied to the generating unit 200 (stream 2)) converted from the water gas shift unit (100) 2 ) may be additionally supplied. The separate carbon dioxide (CO 2 ) may be supplied from the carbon dioxide collecting unit 400 or may be supplied through a carbon dioxide supply line (not shown) separately provided for the formate generating unit 200 .

상기 반응식 3에서 탄산-아민 부가화합물(d NR1R2R3H+:xHCO3 -)은 상술한 이산화탄소 포집부(400)에서 공급된 것을 의미하는 것으로, 탄산-아민 부가화합물 대신에 아민계 화합물이 직접 반응에 참여할 수도 있다. 상기 아민계 화합물은 이산화탄소 포집부(400)에서 공급되거나 별도의 공급라인을 통해 포름산염 생성부(200)에 공급될 수 있다. 여기서 아민계 화합물은 상기 A-4 공정에서 설명한 아민계 화합물과 동일한 성분이므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다. 이러한 아민계 화합물은 포름산염 생성반응 후 스트림 (6)으로써 포름산 분리부(300)에서 분리 및 배출되어 이산화탄소 포집부(400)로 공급(순환)될 수 있다.In Scheme 3, the carbonate-amine addition compound (d NR 1 R 2 R 3 H + :xHCO 3 ) refers to the one supplied from the above-described carbon dioxide collecting unit 400, and instead of the carbonate-amine addition compound, the amine-based compound A compound may participate directly in the reaction. The amine-based compound may be supplied from the carbon dioxide collecting unit 400 or may be supplied to the formate generating unit 200 through a separate supply line. Here, since the amine-based compound is the same component as the amine-based compound described in step A-4, a description thereof will be omitted. These amine-based compounds may be separated and discharged from the formic acid separation unit 300 as a stream 6 after the formate production reaction and supplied (circulated) to the carbon dioxide collecting unit 400 .

상기 반응식 3을 통해 생성된 포름산염(아민-포름산 부가화합물)에서 NR1R2R3H+에 대한 HCO2 -의 몰비(e/d)는 0.1 내지 2.5일 수 있다.The molar ratio (e/d) of HCO 2 to NR 1 R 2 R 3 H + in the formate (amine-formic acid addition compound) generated through Scheme 3 may be 0.1 to 2.5.

일반적으로 이산화탄소의 수소화 반응에 의한 포름산의 제조 반응은 비자발적(nonspontaneous)인 반응으로 △G(깁스 프리 에너지 변화량)가 양의 값을 가질 수 있다. 그러나 본 발명과 같이 아민계 화합물(화학식 1의 NR1R2R3)을 이용할 경우, 이산화탄소의 수소화 반응의 △G(깁스 프리 에너지 변화량)가 음의 값을 가질 수 있으며, 이로 인해 종래의 이산화탄소의 수소화 반응의 열역학적인 한계를 극복할 수 있다.In general, a reaction for producing formic acid by hydrogenation of carbon dioxide is a nonspontaneous reaction, and ΔG (Gibbs-free energy change) may have a positive value. However, when an amine compound (NR 1 R 2 R 3 of Formula 1) is used as in the present invention, ΔG (Gibbs-free energy change) of the hydrogenation reaction of carbon dioxide may have a negative value, so that the conventional carbon dioxide can overcome the thermodynamic limitations of the hydrogenation reaction of

한편 미반응 순환가스로 포름산염 생성부(200)에 도입되는 공급물(도 1의 스트림 (2)+(7)+(4))에 함유된 이산화탄소에 대한 수소의 몰비는 0.1 내지 10.0일 수 있다. 구체적으로 이산화탄소에 대한 수소의 몰비는 0.5 내지 3.0일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.5 내지 1.5일 수 있다. 보다 더 구체적으로 이산화탄소에 대한 수소의 몰비는 0.8 내지 1.2일 수 있다. 상기 이산화탄소에 대한 수소의 몰비가 0.1 미만일 경우에는 이산화탄소의 전환율이 매우 낮아서 이산화탄소 대비 포름산의 수율이 감소할 수 있고, 10.0을 초과할 경우에는 반응 후 순환되는 스트림(4)의 양이 많아 공정 소비에너지가 높아지고 반응기의 크기가 커지게 되며 이산화탄소의 전환 생산속도가 낮아지게 되고 촉매가 환원되어 쉽게 비활성화될 수 있다. 구체적으로 이산화탄소에 대한 수소의 몰비가 1.0 ± 0.2일 경우에는 미반응 순환가스의 양이 최소화되어 최적의 반응조건이 될 수 있다.Meanwhile, the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide contained in the feed (stream (2)+(7)+(4) in FIG. 1) introduced to the formate generator 200 as unreacted circulating gas may be 0.1 to 10.0. have. Specifically, the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide may be 0.5 to 3.0, and more specifically, 0.5 to 1.5. More specifically, the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide may be 0.8 to 1.2. When the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide is less than 0.1, the conversion rate of carbon dioxide is very low, so the yield of formic acid compared to carbon dioxide can be reduced. As the temperature increases, the size of the reactor increases, the conversion production rate of carbon dioxide decreases, and the catalyst is reduced and can be easily deactivated. Specifically, when the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide is 1.0 ± 0.2, the amount of unreacted circulating gas can be minimized to provide optimal reaction conditions.

여기서 포름산염 생성부(200)에 공급되는 이산화탄소는 용액에 단순히 흡수된 상태, 물에 용해된 상태 또는 아민계 화합물과 결합된 상태로 존재할 수 있다. 따라서 이산화탄소에 대한 수소의 몰비는 하기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.Here, the carbon dioxide supplied to the formate generator 200 may exist in a state simply absorbed in a solution, dissolved in water, or combined with an amine-based compound. Therefore, the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide may be determined by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019112694861-pat00001
Figure 112019112694861-pat00001

상기 A-2 공정에서 이산화탄소의 수소화 반응은 30 내지 200도(구체적으로 40 내지 150도)의 반응온도 및 20 내지 200기압(구체적으로 30 내지 150기압)의 반응압력 조건에서 수행될 수 있다. 상기 반응온도가 30도 미만일 경우에는 촉매 활성이 낮아질 수 있고, 200도를 초과할 경우에는 촉매가 환원되어 비활성화될 수 있다. 또한 상기 반응압력이 20기압 미만일 경우에는 촉매 활성이 낮아질 수 있고, 200기압을 초과할 경우에는 반응에 많은 에너지가 소비되어 공정 효율이 저하될 수 있다.The hydrogenation reaction of carbon dioxide in step A-2 may be performed at a reaction temperature of 30 to 200 degrees (specifically, 40 to 150 degrees) and a reaction pressure of 20 to 200 atmospheres (specifically, 30 to 150 atmospheres). If the reaction temperature is less than 30 degrees, the catalyst activity may be lowered, and if it exceeds 200 degrees, the catalyst may be reduced and deactivated. In addition, when the reaction pressure is less than 20 atm, the catalyst activity may be lowered, and when it exceeds 200 atm, a lot of energy is consumed in the reaction, thereby reducing process efficiency.

상기 A-2 공정에서 포름산염 생성부(200)에 구비된 촉매는 활성금속이 질소 및 인 중 1종 이상을 포함하는 다공성 담체에 담지된 것일 수 있다.In the A-2 process, the catalyst provided in the formate generating unit 200 may be one in which the active metal is supported on a porous carrier including at least one of nitrogen and phosphorus.

상기 활성금속은 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 금(Au), 철(Fe) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 활성금속은 활성금속을 포함하는 화합물에서 유래될 수 있다.The active metal may include at least one selected from the group consisting of iridium (Ir), ruthenium (Ru), palladium (Pd), gold (Au), iron (Fe), and cobalt (Co). The active metal may be derived from a compound containing the active metal.

상기 활성금속을 포함하는 화합물은 활성금속과 이의 염이 결합된 형태일 수 있다. 상기 활성금속의 염은 염소염(chloride), 아세트산염(acetate), 아세틸아세토네이트염(acetylacetonate), 질산염(nitrate), 수산화염(hydroxide), 황산염(sulfate) 또는 황화염(sulfide)일 수 있다.The compound containing the active metal may be in a form in which an active metal and a salt thereof are combined. The active metal salt may be chloride, acetate, acetylacetonate, nitrate, hydroxide, sulfate or sulfide. .

또한 상기 활성금속을 포함하는 화합물은 산화물, 이들이 수화된 산화물, 이들이 혼합된 산화물, 환원된 금속, 또는 이들이 혼합된 금속일 수 있다.In addition, the compound containing the active metal may be an oxide, a hydrated oxide thereof, a mixed oxide thereof, a reduced metal, or a mixed metal thereof.

상기 질소 및 인 중 1종 이상을 포함하는 다공성 담체는 다공성 유기 골격체(porous organic framworks, POFs), 공유 유기 골격체(covalent organic frameworks, COFs), 공유 트리아진 골격체(covalent triazine frameworks, CTFs), 다공성 방향족 골격체(porous aromatic frameworks, PAFs) 및 다공성 유기 폴리머(porous organic polymer, POP)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 다공성 담체는 트리아진(triazine) 구조 또는 헵타진(heptazine) 구조를 포함할 수 있다.The porous carrier comprising at least one of nitrogen and phosphorus may include porous organic frameworks (POFs), covalent organic frameworks (COFs), and covalent triazine frameworks (CTFs). , and may include at least one selected from the group consisting of porous aromatic frameworks (PAFs) and porous organic polymers (POPs). Such a porous carrier may include a triazine structure or a heptazine structure.

또한 상기 질소 및 인 중 1종 이상을 포함하는 다공성 담체는 피리딘 결합의 질소(pyridinic-N), 피롤 결합의 질소(pyrrolic-N), 피라졸 결합의 질소(pyrazole-N) 및 그라파이트 결합의 질소(graphitic-N)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the porous carrier comprising at least one of nitrogen and phosphorus is a pyridine bond nitrogen (pyridinic-N), a pyrrole bond nitrogen (pyrrolic-N), a pyrazole bond nitrogen (pyrazole-N), and a graphite bond nitrogen (graphitic-N) may include one or more selected from the group consisting of.

또 상기 질소 및 인 중 1종 이상을 포함하는 다공성 담체(구체적으로 질소 또는 인이 골격구조 내에 함유된 다공성 담체)는 티타니아, 알루미나, 갈리아, 지르코니아 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the porous carrier containing at least one of nitrogen and phosphorus (specifically, the porous carrier in which nitrogen or phosphorus is contained in the framework structure) includes at least one selected from the group consisting of titania, alumina, gallia, zirconia and silica. can do.

이러한 포름산염 생성부(200)에 구비된 촉매는 다공성 담체의 격자 내에 함유된 질소 및/또는 인에 의해 높은 촉매 활성을 나타낼 수 있고, 향상된 촉매 안정성을 나타낼 수 있다.The catalyst provided in the formate generating unit 200 may exhibit high catalytic activity due to nitrogen and/or phosphorus contained in the lattice of the porous carrier, and may exhibit improved catalyst stability.

상기 A-2 공정을 통해 생성된 포름산염을 포함하는 생성물은 스트림(3)으로 포름산염 생성부(200)에서 배출되어 포름산 분리부(300)로 공급될 수 있다. 구체적으로 상기 스트림(3)에는 포름산염(아민-포름산 부가화합물), 이산화탄소, 수소 및 물이 포함될 수 있다. 또한 상기 스트림(3)에는 포름산염과 함께 유리 아민 또는 유리 포름산의 혼합물이 포함될 수 있다.The product containing the formate produced through the A-2 process may be discharged from the formate generating unit 200 as a stream 3 and supplied to the formic acid separating unit 300 . Specifically, the stream (3) may include formate (amine-formic acid adduct), carbon dioxide, hydrogen and water. The stream (3) may also contain a mixture of free amines or free formic acid with formate.

상기 A-2 공정에서 포름산염 생성부(200)는 포름산염을 생성하기 위한 포름산염 생성반응기 등을 포함할 수 있다. 상기 포름산염 생성반응기는 교반형 반응기, 고정층 반응기 및 유동층 반응기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In the process A-2, the formate generating unit 200 may include a formate generating reactor for generating formate. The formate generating reactor may include at least one selected from the group consisting of a stirred reactor, a fixed bed reactor, and a fluidized bed reactor.

상기 A-5 공정은 포름산염을 포함하는 생성물을 기액 분리하는 공정으로, 포름산염을 포함하는 생성물을 기액 분리부(500)에 공급하여 이산화탄소와 수소를 분리하는 과정으로 이루어질 수 있다. 이러한 A-5 공정은 필요에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다.The A-5 process is a process for gas-liquid separation of a product containing formate, and may include supplying a product containing formate to the gas-liquid separation unit 500 to separate carbon dioxide and hydrogen. The A-5 process may be selectively performed as needed.

상기 A-5 공정을 통해 포름산염을 포함하는 생성물은 기체 및 액체(또는 액체+고체) 성분으로 분리될 수 있다. 상기 포름산염을 포함하는 생성물에서 분리되는 기체 성분은 이산화탄소(미반응 이산화탄소)와 수소를 포함할 수 있고, 이는 스트림(4)로써 포름산염 생성부(200)로 다시 공급될 수 있다. 또한 포름산염을 포함하는 생성물에서 분리되는 액체 또는 액체+고체 성분은 포름산염(포름산-아민 부가화합물)을 포함할 수 있고, 이는 스트림(5)로써 포름산 분리부(300)로 공급될 수 있다.Through the A-5 process, the product containing formate may be separated into gas and liquid (or liquid + solid) components. The gas component separated from the formate-containing product may include carbon dioxide (unreacted carbon dioxide) and hydrogen, which may be supplied back to the formate generator 200 as a stream 4 . In addition, the liquid or liquid + solid component separated from the product containing formate may include formate (formic acid-amine adduct), which may be supplied to the formic acid separation unit 300 as stream 5 .

상기 A-5 공정에서 기액 분리는 25 내지 150도(구체적으로 40 내지 100도)의 온도에서 이루어질 수 있다. 또한 압력은 이산화탄소 수소화 반응의 반응압력과 동일할 수 있다.In the A-5 process, the gas-liquid separation may be performed at a temperature of 25 to 150 degrees (specifically, 40 to 100 degrees). Also, the pressure may be the same as the reaction pressure of the carbon dioxide hydrogenation reaction.

상기 A-5 공정에서 기액 분리부(200)는 기액 분리기 등을 포함할 수 있다.In the process A-5, the gas-liquid separator 200 may include a gas-liquid separator.

상기 A-3 공정은 포름산염에서 포름산을 분리하는 공정으로, 상기 포름산염을 포름산 분리부(300)에 공급하여 증류 및 정제하는 과정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 포름산 분리부(300)에 공급되는 스트림(5)에는 포름산염과 더불어 물, 아민계 화합물 등이 포함될 수 있으며, 그 중 분리된 물과 아민계 화합물은 스트림(6)으로써 이산화탄소 포집부(400)에 공급될 수 있다. 또한 스트림(5)에서 분리된 포름산염은 증류 및 정제 과정을 통해 포름산이 분리될 수 있고, 분리된 포름산은 스트림(10)으로써 얻어질 수 있다.The A-3 process is a process for separating formic acid from formic acid salt. The formic acid salt is supplied to the formic acid separation unit 300 for distillation and purification. Specifically, the stream 5 supplied to the formic acid separation unit 300 may contain water, an amine compound, etc., along with formate, and the separated water and amine compound are the separated water and the amine compound as a stream 6 as a carbon dioxide collecting unit. 400 may be supplied. In addition, the formic acid separated from the stream (5) may be separated from formic acid through distillation and purification processes, and the separated formic acid may be obtained as the stream (10).

상기 A-3 공정에서 포름산 분리부(300)는 증발기(evaporator), 증류기(distiller), 정제기 등을 포함할 수 있다.In the A-3 process, the formic acid separation unit 300 may include an evaporator, a distiller, a purifier, and the like.

이상과 같이 본 발명은 합성가스를 통해 포름산의 제조원료인 이산화탄소와 수소를 얻어 포름산을 제조하기 때문에 정제된 이산화탄소와 수소를 사용했던 종래 포름산의 제조공정에 비해 경제성을 높일 수 있다. 또한 본 발명은 불균질계 촉매를 사용함에 따라 반응에 사용된 아민계 화합물의 회수가 용이하게 이루어질 수 있으며, 회수된 아민계 화합물을 포름산의 제조공정에 다시 순환시켜 이산화탄소를 포집하는데 활용함에 따라 포름산의 제조공정의 효율을 높이면서 이산화탄소 저감효과를 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, since formic acid is produced by obtaining carbon dioxide and hydrogen, which are raw materials for producing formic acid through synthesis gas, it is possible to increase economic efficiency compared to the conventional manufacturing process of formic acid using purified carbon dioxide and hydrogen. In addition, the present invention can easily recover the amine-based compound used in the reaction by using a heterogeneous catalyst, and as the recovered amine-based compound is recycled back to the formic acid production process and utilized to capture carbon dioxide, formic acid Carbon dioxide reduction effect can be obtained while increasing the efficiency of the manufacturing process.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and it is clear to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1] CTF(covalent triazine framework) 기반 담체에 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조[Example 1] Preparation of catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on a CTF (covalent triazine framework)-based carrier

1) 바이피리딘(bpy)-테레프탈로니트릴(TN)이 혼합된 CTF 담체 합성1) Bipyridine (bpy)-terephthalonitrile (TN) mixed CTF carrier synthesis

DCBPY(5.5'-dicyano-2,2'-bipyrindine) 5g과 TN(terephthalonitrile) 95g을 균일하게 혼합한 후, 혼합물을 500 ml의 고압반응기에 넣고 건조시킨 후 염화아연(ZnCl2) 548 g을 넣고 밀봉하였다. 그 후 400도에서 48시간 동안 가열한 후, 얻어진 수득물을 파쇄하여 2000 ml의 1 M HCl의 수용액에 넣고 2시간 동안 처리한 후 얻어진 수득물을 수세 및 건조하여 CTF 담체(bpyTN-30-CTF)를 합성하였다.After uniformly mixing 5 g of DCBPY (5.5'-dicyano-2,2'-bipyrindine) and 95 g of TN (terephthalonitrile), put the mixture in a 500 ml high-pressure reactor, dry it, and then add 548 g of zinc chloride (ZnCl 2 ) sealed. After heating at 400 degrees for 48 hours, the obtained product was crushed, put in 2000 ml of an aqueous solution of 1 M HCl, treated for 2 hours, and the obtained product was washed and dried with water to obtain a CTF carrier (bpyTN-30-CTF) ) was synthesized.

2) 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조2) Preparation of ruthenium (Ru) supported catalyst

RuCl3 0.777g을 300 ml의 메탄올에 녹이고, 상기 합성된 bpyTN-30-CTF 담체 9.23g을 RuCl3가 용해된 메탄올 용액에 분산시켰다. 그 후 약 48시간 동안 재환류시키면서 비등시킨 후 상온에서 메탄올로 수세하고 건조하여 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매를 제조하였다.RuCl 3 0.777 g was dissolved in 300 ml of methanol, and 9.23 g of the synthesized bpyTN-30-CTF carrier was dispersed in a methanol solution in which RuCl 3 was dissolved. Then, after boiling while re-refluxing for about 48 hours, it was washed with methanol at room temperature and dried to prepare a Ru-bpyTN-30-CTF catalyst.

3) 물성 확인3) Check physical properties

제조된 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매의 물성을 확인하고자, EDX mapping, HAADF-STEM image, XPS 및 XAS spectra 분석을 통상적인 방법으로 수행하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2의 A)는 EDX mapping 결과를, 도 2의 B)는 HAADF-STEM image 결과를 나타낸 것으로, Ru가 담체에 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 2의 C)는 XPS 결과로 Ru가 주로 Ru(III)로 존재하는 것을 확인할 수 있었고, 도 2의 D)는 XAFS spectra 결과로 Ru가 트리아진 구조에 잘 결합되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.In order to confirm the physical properties of the prepared Ru-bpyTN-30-CTF catalyst, EDX mapping, HAADF-STEM image, XPS and XAS spectra analysis were performed in a conventional manner, and the results are shown in FIG. 2 . 2A) shows the EDX mapping result, and FIG. 2B) shows the HAADF-STEM image result, and it was confirmed that Ru was well dispersed in the carrier. In addition, in Fig. 2C), it was confirmed that Ru was mainly present as Ru(III) as a result of XPS, and in Fig. 2D), it was confirmed that Ru was well bound to the triazine structure as a result of XAFS spectra.

[실시예 2] POP(porous organic polymer) 담체에 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조[Example 2] Preparation of catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on a porous organic polymer (POP) carrier

1) 멜라민과 테레프탈알데히드가 결합된 POP 담체 합성1) Synthesis of POP carrier combining melamine and terephthalaldehyde

멜라민 1.878 g과 테레프탈알데히드(terephtalaldehyde) 3.0g을 DMSO 용액 102.3g에 녹인 후, 22시간 동안 교반 및 환류시켜면서 비등시킨 후 침전된 침전물을 필터하고 물-아세톤-THF 용액으로 순차적으로 수세한 후 건조하여 트리아진 구조를 가진 POP 담체를 합성하였다.After dissolving 1.878 g of melamine and 3.0 g of terephtalaldehyde in 102.3 g of DMSO solution, boiling while stirring and refluxing for 22 hours, the precipitated precipitate is filtered, washed with water-acetone-THF solution sequentially, and then dried POP with a triazine structure The carrier was synthesized.

2) 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조2) Preparation of ruthenium (Ru) supported catalyst

합성된 POP 담체를 160ml의 메탄올에 분산시키고, RuCl3를 40ml의 메탄올에 녹인 후, 이를 POP 담체가 분산된 용액에 넣고 교반하면서 24시간 동안 환류상태에서 비등시킨 후 건조하고, 160도에서 아르곤 분위기 하에 열처리하는 과정을 거쳐 촉매를 제조하였다(구체적인 제조과정은 도 3 참조). 이때, Ru의 담지량를 조절하여 하기 표 1과 같은 3종류의 촉매(Ru-POP1, Ru-POP2 및 Ru-POP3)를 각각 제조하였다.The synthesized POP carrier is dispersed in 160 ml of methanol, and RuCl 3 is dissolved in 40 ml of methanol, which is put into a solution in which the POP carrier is dispersed, boiled under reflux for 24 hours while stirring, and then dried, and argon atmosphere at 160 degrees. A catalyst was prepared through a process of heat treatment under At this time, three types of catalysts (Ru-POP1, Ru-POP2, and Ru-POP3) as shown in Table 1 were prepared by adjusting the loading amount of Ru.

또한 RuCl3를 대신에 IrCl3를 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 과정을 거쳐 Ir-POP3 촉매를 제조하였다.In addition, an Ir-POP3 catalyst was prepared through the same process as above, except that IrCl 3 was used instead of RuCl 3 .

3) 물성 확인3) Check physical properties

제조된 Ru-POP1, Ru-POP2, Ru-POP3 및 Ir-POP3 촉매의 물성을 확인하고자, 표면적 분석기(a Belsorp II mini (BEL Japan, Inc.)로 촉매의 비표면적(SBET), 평균 세공부피(Pore Volume) 및 평균 세공내경(BJH Pore Size)을 분석하였다. 또한 담지된 Ru의 양(Metal Loading)은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma optical emission spectroscopy)로 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In order to confirm the physical properties of the prepared Ru-POP1, Ru-POP2, Ru-POP3 and Ir-POP3 catalysts, the specific surface area (S BET ) of the catalyst, the average pore The volume (Pore Volume) and the average pore size (BJH Pore Size) were analyzed, and the amount of supported Ru (Metal Loading) was analyzed by ICP-OES (Inductively Coupled Plasma optical emission spectroscopy), and the results are shown in Table 1 below shown in

구분division SBET
(m2g-1)
S BET
(m 2 g -1 )
Pore Volume
(cm3g-1)
Pore Volume
(cm 3 g -1 )
BJH Pore Size
(nm)
BJH Pore Size
(nm)
Metal Loading
(wt%)
Metal Loading
(wt%)
POPPOP 810810 0.920.92 4.54.5 -- Ru-POP1Ru-POP1 846846 0.980.98 4.64.6 0.320.32 Ru-POP2Ru-POP2 583583 0.830.83 5.75.7 0.630.63 Ru-POP3Ru-POP3 574574 0.760.76 5.25.2 1.081.08 Ir-POP3Ir-POP3 580580 0.770.77 5.15.1 1.101.10

상기 표 1을 참조하면, POP 담체의 비표면적이 810 m2/g으로 다공성을 가지면서 트리아진 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한 담지된 Ru의 양이 증가할수록 비표면적과 평균 세공 부피가 감소하는 것을 볼 수 있으며, 이를 통해 Ru가 잘 담지되었다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1, it was confirmed that the specific surface area of the POP carrier was 810 m 2 /g, which was porous and had a triazine structure. In addition, as the amount of supported Ru increased, the specific surface area and average pore volume decreased, confirming that Ru was well supported.

[실시예 3] 그라파이트 결합의 질소(graphitic-N)를 함유하는 담체에 루테늄(Ru), 금(Au), 팔라듐(Pd), 철(Fe), 코발트(Co)가 담지된 촉매 제조[Example 3] Preparation of a catalyst in which ruthenium (Ru), gold (Au), palladium (Pd), iron (Fe), and cobalt (Co) are supported on a carrier containing graphite-bonded nitrogen (graphitic-N)

1) graphitic-N 함유 담체 합성1) Synthesis of graphitic-N-containing carrier

그래핀 나노플레이트렛(Graphene Nanoplatelets, GN) 70 mg을 50ml의 증류수에 넣고, 30분 동안 초음파 처리하여 용액을 얻었다. 얻어진 용액에 1400 mg과 2800 mg의 디시안아마이드(DCDA)를 넣고, 30분 동안 다시 초음파 처리하였다. 그 이후 증류수를 모두 제거하기 위해 교반하면서 95도에서 가열하여 파우더를 얻었다. 얻어진 파우더를 그라인딩하고, 질소 도핑을 위해서 파우더를 아르곤 분위기 하에 900도에서 2 시간 동안 소성하여 질소가 도핑된 그래핀 나노플레이트렛(NGN) 담체를 합성하였다.Graphene nanoplatelets (Graphene Nanoplatelets, GN) 70 mg into 50ml of distilled water, and sonicated for 30 minutes to obtain a solution. 1400 mg and 2800 mg of dicyanamide (DCDA) were added to the obtained solution, and sonicated again for 30 minutes. After that, the powder was obtained by heating at 95 degrees while stirring to remove all of the distilled water. The obtained powder was grinded, and for nitrogen doping, the powder was calcined at 900 degrees for 2 hours under an argon atmosphere to synthesize a nitrogen-doped graphene nanoplatelet (NGN) carrier.

2) 루테늄(Ru), 금(Au), 팔라듐(Pd), 철(Fe) 및 코발트(Co)가 각각 담지된 촉매 제조2) Preparation of catalysts each supported with ruthenium (Ru), gold (Au), palladium (Pd), iron (Fe) and cobalt (Co)

bpyTN-30-CTF 담체 대신에 NGN 담체를 사용하여 RuCl3 2wt%, AuCl3 2wt%, PdCl2 2wt%, FeCl3 2wt% 및 CoCl3 2wt%를 각각 담지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 Ru-NGN, Au-NGN, Pd-NGN, Fe-NGN 및 Co-NGN 촉매를 각각 제조하였다. Using an NGN carrier instead of the bpyTN-30-CTF carrier, RuCl 3 2wt%, AuCl 3 2wt%, PdCl 2 2wt%, FeCl 3 2wt%, and CoCl 3 2wt% were respectively supported as in Example 1, except that Through the process, Ru-NGN, Au-NGN, Pd-NGN, Fe-NGN and Co-NGN catalysts were prepared, respectively.

[실시예 4] 피롤 결합의 질소(pyrrollic-N) 및 피리딘 결합의 질소(piridinic-N)를 함유하는 담체에 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조[Example 4] Preparation of a catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on a carrier containing nitrogen of a pyrrole bond (pyrrollic-N) and nitrogen of a pyridine bond (piridinic-N)

1) 피롤 결합의 질소(pyrrollic-N) 및 피리딘 결합의 질소(piridinic-N) 함유 담체 합성1) Synthesis of carrier containing nitrogen of pyrrole bond (pyrrollic-N) and nitrogen of pyridine bond (piridinic-N)

아데닌(adenine)과 마그네시움염산염(MgCl2·6H2O)을 1:10의 중량비로 몰타르에 넣고 혼합하여 혼합물을 얻었다. 얻어진 혼합물을 세라믹 보트에 넣고 질소 분위기 하에 1시간 동안 소성하여 소성물을 얻었다. 얻어진 소성물을 2 M HCl 용액으로 처리하여 잔여 마그네시움 성분을 제거한 후 수세하고 건조하여 피롤 결합의 질소 및 피리딘 결합의 질소를 함유하는 담체를 얻었다. 이때, 소성 온도를 800도와 1000도로 조절하여 2종류의 담체(C800A, C1000A)를 각각 합성하였다. 도 4를 참조하면, 제조된 각 담체는 pyrollic-N 및 piridinic-N 등의 탄소격자 내에 질소가 함유된 것을 확인할 수 있었다. 여기서 도 4는 X선 광전자 분광기(XPS, X-ray photoelectron spectroscopy)에 의한 담체의 분석결과이다.Adenine and magnesium hydrochloride (MgCl 2 ·6H 2 O) were put into a mortar in a weight ratio of 1:10 and mixed to obtain a mixture. The resulting mixture was placed in a ceramic boat and calcined under a nitrogen atmosphere for 1 hour to obtain a calcined product. The obtained calcined material was treated with 2 M HCl solution to remove residual magnesium component, washed with water and dried to obtain a carrier containing pyrrole-bonded nitrogen and pyridine-bonded nitrogen. At this time, two types of carriers (C800A, C1000A) were synthesized by adjusting the calcination temperature to 800°C and 1000°C. Referring to FIG. 4 , it was confirmed that each of the prepared carriers contained nitrogen in a carbon lattice such as pyrollic-N and piridinic-N. 4 is an analysis result of the carrier by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

2) 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조2) Preparation of ruthenium (Ru) supported catalyst

bpyTN-30-CTF 담체 대신에 소성 온도를 800도로 한 C800A 담체와, 1000도로 한 C1000A 담체를 사용하여 RuCl3 3 wt%를 담지시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 Ru-C800A 및 Ru-C1000A 촉매를 각각 제조하였다.and bpyTN-30-CTF carrier instead of 800 degrees one C800A carrier, the firing temperature to, and the Ru-C800A, and through the same process as in Example 1 except for carrying the RuCl 3 3 wt% using a 1000 DEG one C1000A carrier Each Ru-C1000A catalyst was prepared.

[실시예 5] 피롤 결합의 질소(pyrrollic-N) 및 피리딘 결합의 질소(piridinic-N)를 함유하는 담체에 금(Au), 팔라듐(Pd), 철(Fe) 및 코발트(Co)가 각각 담지된 촉매 제조[Example 5] Gold (Au), palladium (Pd), iron (Fe) and cobalt (Co) on a carrier containing nitrogen of a pyrrole bond (pyrrollic-N) and nitrogen of a pyridine bond (piridinic-N), respectively Supported catalyst preparation

아데닌(adenine)과 금속염인 AuCl3, PdCl2, FeCl3 및 CoCl3 각각을 1:10의 중량비로 몰타르에 넣고 혼합하여 혼합물을 각각 얻었다. 얻어진 각 혼합물을 세라믹 보트에 각각 넣고 질소 분위기 하에 1시간 동안 800도에서 소성하여 소성물을 각각 얻었다. 얻어진 각 소성물을 0.1M HCl 용액으로 처리하여 잔여 금속 성분을 제거한 후 수세하고 건조하여 피롤 결합의 질소 및 피리딘 결합의 질소를 함유하는 담체에 각 금속이 담지된 Pd-C800A, Au-800A, Fe-800A 및 Co-800A 촉매를 각각 제조하였다.Adenine and metal salts of AuCl 3 , PdCl 2 , FeCl 3 and CoCl 3 were each put in a mortar in a weight ratio of 1:10 and mixed to obtain a mixture, respectively. Each of the obtained mixtures was placed in a ceramic boat and calcined at 800°C for 1 hour under a nitrogen atmosphere to obtain calcined products. Each calcined product obtained was treated with 0.1M HCl solution to remove residual metal components, washed with water and dried to Pd-C800A, Au-800A, Fe in which each metal was supported on a carrier containing nitrogen of pyrrole bond and nitrogen of pyridine bond -800A and Co-800A catalysts were prepared, respectively.

[실시예 6] 티타니아 담체에 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조[Example 6] Preparation of a catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on a titania carrier

1) 티타니아 담체 합성1) Synthesis of titania carrier

ice bath에서 28% 암모니아수 200ml와 티타늄 이소프록폭사이드 50 ml를 혼합하고 1시간 동안 교반한 후, 물과 에탄올로 필터링하고 80도에서 진공 건조하여 Ti(OH)4를 얻었다. 얻어진 Ti(OH)4 1 g과 멜라민을 혼합하고 막자사발로 그라인딩한 후 550도에서 8시간 동안 소성하여 질소가 도핑된 이산화티타늄 담체를 얻었다. 이때, 멜라민의 사용량을 1g, 2g, 3g, 4g으로 조절하여 4종류의 이산화티타늄 담체를 합성하였다. 도 5는 4종류의 이산화티타늄 담체를 XPS 분석한 것으로, 도 5(도 5에서 (a)는 survey 스펙트럼, (b)는 멜라민 2g이 적용된 담체의 N1s 피크의 narrow 스펙트럼, (c)는 멜라민 3g이 적용된 담체의 N1s 피크의 narrow 스펙트럼, (d)는 멜라민 4g이 적용된 담체의 N1s 피크의 narrow 스펙트럼)를 참조하면 제조된 각 이산화티타늄 담체에는 격자 내에 Ti-N-0 형태로 질소가 존재하는 것을 X선 광전자 분광기로 확인할 수 있었다.In an ice bath, 200 ml of 28% aqueous ammonia and 50 ml of titanium isopropoxide were mixed, stirred for 1 hour, filtered with water and ethanol, and vacuum dried at 80° C. to obtain Ti(OH) 4 . The obtained Ti(OH) 4 1 g and melamine were mixed, ground with a mortar and calcined at 550° C. for 8 hours to obtain a nitrogen-doped titanium dioxide carrier. At this time, 4 types of titanium dioxide carriers were synthesized by adjusting the amount of melamine to 1 g, 2 g, 3 g, and 4 g. Figure 5 is an XPS analysis of four types of titanium dioxide carriers, Figure 5 (in Figure 5 (a) is a survey spectrum, (b) is a narrow spectrum of the N1s peak of the carrier to which 2g of melamine is applied, (c) is 3g of melamine Referring to the narrow spectrum of the N1s peak of the carrier to which this is applied, (d) is the narrow spectrum of the N1s peak of the carrier to which 4 g of melamine is applied) This was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy.

2) 루테늄(Ru)이 담지된 촉매 제조2) Preparation of ruthenium (Ru) supported catalyst

합성된 각 이산화티타늄 담체와 RuCl3 2 wt%를 증류수에 넣고, 100도에서 24시간 동안 교반한 후, 증류수를 제거하고 100도에서 24시간 동안 진공 건조하여 4종류의 촉매를 각각 제조하였다.Each synthesized titanium dioxide carrier and 2 wt% of RuCl 3 were put in distilled water, stirred at 100°C for 24 hours, distilled water was removed and then vacuum dried at 100°C for 24 hours to prepare four types of catalysts, respectively.

[실험예 1][Experimental Example 1]

150 ml 스테인레스 재질의 고압 교반형 반응기를 이용하여 실시예 1 내지 5에서 제조된 촉매의 활성을 하기 표 2의 조건으로 평가하였다. 구체적으로 Et3N(Triethylamine)을 교반형 반응기에 투입한 후, 실시예 1 내지 5에서 제조된 촉매를 교반형 반응기에 넣고 이산화탄소로 퍼지하여 공기를 제거하였다. 이산화탄소의 압력이 40기압이 되도록 한 후, 수소를 공급하여 80기압으로 압력을 유지시킨 후 반응 온도를 120도로 승온하여 120기압에서 반응을 진행시켰다. 이후 반응을 통해 얻어진 생성물을 수득하여 생성물 내의 포름산염의 양(농도)을 액체크로마토그라피(HP LC, high performance chromatography)로 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈었다. 이때, 반응에 사용된 용매의 양은 40 ml였다. 또한 TOF h-1은 총 활성금속 몰 대비 1시간 동안 전환된 포름산의 몰비를 의미한다.The activities of the catalysts prepared in Examples 1 to 5 were evaluated under the conditions shown in Table 2 below using a high-pressure stirred reactor made of 150 ml stainless steel. Specifically, after Et3N (Triethylamine) was added to the stirred reactor, the catalysts prepared in Examples 1 to 5 were put into the stirred reactor and purged with carbon dioxide to remove air. After the carbon dioxide pressure was set to 40 atm, hydrogen was supplied to maintain the pressure at 80 atm, and then the reaction temperature was raised to 120°C to proceed with the reaction at 120 atm. After obtaining the product obtained through the reaction, the amount (concentration) of formate in the product was analyzed by liquid chromatography (HP LC, high performance chromatography), and the results are shown in Table 2 below. At this time, the amount of the solvent used in the reaction was 40 ml. In addition, TOF h -1 means the molar ratio of formic acid converted for 1 hour to the total molar active metal.

촉매catalyst 촉매양 (mg)Catalyst amount (mg) Ru 담지량 (wt%)Ru loading (wt%) 반응시간
(h)
reaction time
(h)
Et3N 농도
(M)
Et3N concentration
(M)
포름산염
(M)
formate
(M)
TOF h-1 TOF h -1
Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 1One 22 33 0.550.55 1111711117 Ru1-POPRu1-POP 6060 0.320.32 22 1One 0.090.09 948948 Ru2-POPRu2-POP 6060 0.630.63 22 1One 0.420.42 22462246 Ru3-POPRu3-POP 6060 1.081.08 22 1One 0.470.47 14661466 Ru-NGNRu-NGN 7070 2.02.0 22 1One 0.720.72 10401040 Ru-C800ARu-C800A 6060 2.02.0 22 33 1.41.4 23582358 Ru-C1000ARu-C1000A 6060 2.02.0 22 33 1.11.1 18531853 Pd-800APd-800A 6060 0.80.8 22 1One 0.210.21 758758 Au-800AAu-800A 6060 0.90.9 1212 1One 0.230.23 123123 Fe-800AFe-800A 6060 1.11.1 1212 1One 0.090.09 3939 Co-800ACo-800A 6060 0.80.8 1212 1One 0.100.10 6060

상기 표 2를 참조하면, CTF 담체에 Ru가 담지된 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매가 촉매의 사용량 대비 포름산염의 생성량이 많아 활성이 높은 편인 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 2, it was confirmed that the Ru-bpyTN-30-CTF catalyst in which Ru was supported on the CTF carrier had high activity compared to the amount of formate produced compared to the amount of catalyst used.

[실시예 7][Example 7]

RuCl3 대신에 IrCl3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 Ir-bpyTN-30-CTF 촉매를 제조하였다.An Ir-bpyTN-30-CTF catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that IrCl 3 was used instead of RuCl 3 .

[실시예 8][Example 8]

RuCl3 대신에 IrCl3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 과정을 거쳐 Ir1-POP 촉매를 제조하였다.An Ir1-POP catalyst was prepared in the same manner as in Example 2, except that IrCl 3 was used instead of RuCl 3 .

[실시예 9][Example 9]

RuCl3 대신에 IrCl3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 과정을 거쳐 Ir-NGN 촉매를 제조하였다.An Ir-NGN catalyst was prepared in the same manner as in Example 3 except that IrCl 3 was used instead of RuCl 3 .

[실시예 10][Example 10]

RuCl3 대신에 IrCl3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 과정을 거쳐 Ir-C800A 촉매를 제조하였다.An Ir-C800A catalyst was prepared through the same procedure as in Example 4 except that IrCl 3 was used instead of RuCl 3 .

[실험예 2] [Experimental Example 2]

실시예 7 내지 10에서 제조된 촉매의 활성을 실험예 1의 반응과정 및 하기 표 3의 조건으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The activity of the catalysts prepared in Examples 7 to 10 was evaluated according to the reaction process of Experimental Example 1 and the conditions shown in Table 3 below, and the results are shown in Table 3 below.

촉매catalyst 촉매양 (mg)Catalyst amount (mg) Ir 담지량 (wt%)Ir loading (wt%) 반응시간
(h)
reaction time
(h)
Et3N 농도
(M)
Et3N concentration
(M)
포름산염
(M)
formate
(M)
TOF h-1 TOF h -1
Ir-bpyTN-30-CTFIr-bpyTN-30-CTF 1010 1One 22 33 0.450.45 90969096 Ir1-POPIr1-POP 6060 0.630.63 22 1One 0.350.35 18721872 Ir-NGNIr-NGN 7070 2.02.0 22 1One 0.60.6 866866 Ir-C800AIr-C800A 6060 2.0 2.0 22 33 1.01.0 16841684

상기 표 2와 표 3을 참고하면, Ir이 담지된 촉매보다 Ru가 담지된 촉매가 활성이 좀더 높은 것을 확인할 수 있었다.Referring to Tables 2 and 3, it was confirmed that the Ru-supported catalyst had higher activity than the Ir-supported catalyst.

[실시예 11][Example 11]

RuCl3 대신에 Ru와 아세테이트의 결합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매를 제조하였다.A Ru-bpyTN-30-CTF catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a combination of Ru and acetate was used instead of RuCl 3 .

[실시예 12][Example 12]

RuCl3 대신에 Ru와 아세틸아세토네이트의 결합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매를 제조하였다.A Ru-bpyTN-30-CTF catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a combination of Ru and acetylacetonate was used instead of RuCl 3 .

[실험예 3] [Experimental Example 3]

실시예 1, 11 및 12에서 제조된 촉매의 활성을 실험예 1의 반응과정 및 하기 표 4의 조건으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The activity of the catalysts prepared in Examples 1, 11 and 12 was evaluated under the reaction process of Experimental Example 1 and the conditions shown in Table 4 below, and the results are shown in Table 4 below.

촉매catalyst 촉매양 (mg)Catalyst amount (mg) Ru 담지량 (wt%)Ru loading (wt%) 금속염
리간드
metal salt
ligand
Et3N 농도
(M)
Et3N concentration
(M)
포름산염
(M)
formate
(M)
TOF h-1 TOF h -1
Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 1One 클로린chlorine 22 0.480.48 1845218452 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 1One 아세테이트acetate 22 0.350.35 1345513455 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 1One 아세틸
아세토네이트
acetyl
acetonate
22 0.410.41 1576115761

상기 표 4를 참조하면, 금속염 리간드가 바뀌더라도 촉매의 활성이 동등 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 4, it was confirmed that the activity of the catalyst was maintained at the same level even if the metal salt ligand was changed.

[실험예 4] [Experimental Example 4]

실시예 6에서 제조된 촉매의 활성을 실험예 1의 반응과정 및 하기 표 5의 조건으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 이때, 멜라민 사용량을 0g으로 하여 합성된 이산화티타늄 담체(질소가 도핑되지 않음)를 이용하여 제조된 촉매를 추가하여 평가를 진행하였다.The activity of the catalyst prepared in Example 6 was evaluated according to the reaction process of Experimental Example 1 and the conditions shown in Table 5 below, and the results are shown in Table 5 below. At this time, the evaluation was carried out by adding a catalyst prepared using a titanium dioxide carrier (not doped with nitrogen) synthesized with the amount of melamine used as 0 g.

멜라민
사용량 (g)
melamine
Usage (g)
소성온도 (도)Firing temperature (degrees) Ru 담지량 (wt%)Ru loading (wt%) 촉매양
(mg)
catalyst amount
(mg)
반응시간
(h)
reaction time
(h)
Et3N 농도
(M)
Et3N concentration
(M)
포름산염
(M)
formate
(M)
TOF h-1 TOF h -1
00 550550 22 6060 22 1One 0.030.03 201201 1One 22 6060 22 1One 0.130.13 906906 22 22 6060 22 1One 0.270.27 18671867 33 22 6060 22 1One 0.220.22 15491549 44 22 6060 22 1One 0.180.18 12451245

상기 표 5를 참조하면, 질소가 도핑되지 않는 이산화티타늄 담체에 비해 질소가 도핑된 이산화티타늄 담체를 이용하여 제조된 촉매가 활성이 높은 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 5, it was confirmed that the catalyst prepared using the nitrogen-doped titanium dioxide support was higher in activity than the nitrogen-doped titanium dioxide support.

[실험예 5] [Experimental Example 5]

포름산염 제조과정에서 아민계 화합물에 따른 반응성을 확인하고자, 실시예 1에서 제조된 촉매를 이용하여 실험예 1의 반응과정 및 하기 표 6의 조건으로 반응을 진행하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.In order to check the reactivity according to the amine-based compound in the formate production process, the reaction was carried out using the catalyst prepared in Example 1 under the reaction process of Experimental Example 1 and the conditions shown in Table 6 below, and the results are shown in Table 6 below. indicated.

촉매catalyst 촉매양 (mg)Catalyst amount (mg) 아민계 화합물amine compounds 아민 농도
(M)
amine concentration
(M)
포름산염
(M)
formate
(M)
TOF h-1 TOF h -1
Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 TriethylamineTriethylamine 3.03.0 0.550.55 1111711117 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 TributylamineTributylamine 3.03.0 0.040.04 808808 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 TrihexylamineTrihexylamine 3.03.0 0.010.01 202202 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 1,4-dimethyl piperazine1,4-dimethyl piperazine 3.03.0 0.60.6 1212712127 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 ButylmorpholineButylmorpholine 3.03.0 0.430.43 86928692 Ru-bpyTN-30-CTFRu-bpyTN-30-CTF 1010 N-methyl pyrrolidineN-methyl pyrrolidine 3.03.0 0.610.61 1233012330

상기 표 6을 참조하면, 삼차아민 중 triethylamine, N-methyl pyrrolidine 및 1,4-dimethyl piperazine을 사용할 때 촉매의 활성이 높은 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 6, it was confirmed that the catalyst activity was high when triethylamine, N-methyl pyrrolidine and 1,4-dimethyl piperazine among the tertiary amines were used.

[실시예 13][Example 13]

RuCl3 대신에 루테늄 산화물(hydrous ruthenium oxide)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 과정을 거쳐 RuO(OH)x-N-TiO2 촉매를 제조하였다. 이때, Ru가 담지된 이산화티타늄 담체 2g을 60 ml의 수용액에 분산하고 1 M NaOH 수용액을 서서히 첨가하여 용액의 pH가 13.2가 되도록 한 상태에서 24시간 동안 교반한 후, 필터하고 수세 및 건조하는 과정을 추가로 거쳤다. RuO(OH) x -N-TiO 2 A catalyst was prepared in the same manner as in Example 6 except that hydrous ruthenium oxide was used instead of RuCl 3 . At this time, 2 g of the Ru-supported titanium dioxide carrier is dispersed in 60 ml of an aqueous solution, and a 1 M aqueous NaOH solution is slowly added to the solution so that the pH of the solution is 13.2, stirred for 24 hours, filtered, washed with water and dried. was additionally passed through.

[실시예 14][Example 14]

RuCl3 대신에 이리듐 산화물 (hydrous ruthenium)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 과정을 거쳐 RuO(OH)x-N-TiO2 촉매를 제조하였다. 이때, Ir이 담지된 이산화티타늄 담체 2g을 60 ml의 수용액에 분산하고 1 M NaOH 수용액을 서서히 첨가하여 용액의 pH가 13.2가 되도록 한 상태에서 24시간 동안 교반한 후 필터하고, 수세 및 건조하는 과정을 추가로 거쳤다. RuO(OH) x -N-TiO 2 A catalyst was prepared in the same manner as in Example 6 except that iridium oxide (hydrous ruthenium) was used instead of RuCl 3 . At this time, 2 g of the Ir-supported titanium dioxide carrier is dispersed in 60 ml of an aqueous solution, and a 1 M aqueous NaOH solution is slowly added to the solution so that the pH of the solution is 13.2, stirred for 24 hours, filtered, washed with water and dried was additionally passed through.

[실험예 6] [Experimental Example 6]

실시예 13 및 14에서 제조된 촉매의 활성을 실험예 1의 반응과정 및 하기 표 7의 조건으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.The activity of the catalysts prepared in Examples 13 and 14 was evaluated according to the reaction process of Experimental Example 1 and the conditions in Table 7 below, and the results are shown in Table 7 below.

촉매catalyst 촉매양
(mg)
catalyst amount
(mg)
Ru/Ir 각 담지량
(wt%)
Ru/Ir loading amount
(wt%)
Et3N 농도
(M)
Et3N concentration
(M)
포름산염
(M)
formate
(M)
TOF h-1 TOF h -1
RuO(OH)x-N-TiO2 RuO(OH) x -N-TiO 2 6060 22 1One 0.580.58 977977 IrO(OH)x-N-TiO2 IrO(OH) x -N-TiO 2 6060 22 1One 0.450.45 14411441

상기 표 5 및 7을 참조하면, RuCl3보다 루테늄 산화물 또는 이리듐 산화물을 사용할 때 촉매의 활성이 높은 것을 확인할 수 있었다.Referring to Tables 5 and 7, it was confirmed that the catalyst activity was higher when using ruthenium oxide or iridium oxide than RuCl 3 .

[실시예 15][Example 15]

도 6에 도시된 바와 같은 고정층 반응기에서의 촉매 활성을 확인하고자, 다음의 조건으로 반응을 진행하였다. 이때, 미반응가스는 재순환하지 않았다. 구체적으로 실시예 1에서 제조한 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매 1.5g을 고정층 반응기(직경: 1/2 inch, 길이: 60 cm) 중간에 고정하여 촉매층을 형성하였고, 촉매층의 상부 및 하부에 글라스비드를 채워 넣었다. 상기 반응기의 선단에는 예열기를 두었다. 예열기의 온도는 반응 온도와 동일하도록 유지하였다. 물과 Et3N을 별도의 액체 이송펌프로 정량하여 반응기에 도입하였고, 수소는 컴프레서로 압력을 반응압력으로 승압하여 반응기에 도입하였다. 60기압으로 유지된 용기 내에서 액체형태로 유지된 이산화탄소를 액체 이송펌프로 반응기에 도입하였고 반응 전에 이산화탄소가 기화되도록 하였다. 반응 온도는 온도 제어기에 의해 유지되었고 반응 생성물을 수집하는 용기 후단에 압력제어기를 두어 반응압력을 유지하였다.In order to confirm the catalytic activity in the fixed bed reactor as shown in FIG. 6, the reaction was carried out under the following conditions. At this time, the unreacted gas was not recycled. Specifically, 1.5 g of the Ru-bpyTN-30-CTF catalyst prepared in Example 1 was fixed in the middle of a fixed bed reactor (diameter: 1/2 inch, length: 60 cm) to form a catalyst layer, and glass was placed on the upper and lower portions of the catalyst layer. Filled with beads. A preheater was placed at the tip of the reactor. The temperature of the preheater was kept equal to the reaction temperature. Water and Et3N were quantified with a separate liquid transfer pump and introduced into the reactor, and hydrogen was introduced into the reactor by increasing the pressure to the reaction pressure with a compressor. Carbon dioxide maintained in a liquid form in a vessel maintained at 60 atmospheres was introduced into the reactor by a liquid transfer pump, and the carbon dioxide was vaporized before the reaction. The reaction temperature was maintained by a temperature controller and the reaction pressure was maintained by placing a pressure controller at the rear end of the vessel for collecting the reaction product.

이와 같은 조건에서 반응을 진행하되, 반응압력, 반응온도, 공급액의 H2/CO2의 몰비, Et3N/CO2의 몰비 및 Et3N 농도를 조절하여 반응을 진행하였으며, 반응 종료 후 포름산염의 생산성을 평가하여 도 7에 나타내었다.The reaction was carried out under these conditions, but the reaction was carried out by adjusting the reaction pressure, reaction temperature, the molar ratio of H 2 /CO 2 of the feed solution, the molar ratio of Et3N/CO 2 and the concentration of Et3N. After the reaction was completed, the productivity of formate was evaluated. Thus, it is shown in FIG. 7 .

도 7의 (a)는 100기압의 반응압력에서 공급액의 H2/CO2의 몰비가 1.0이고 Et3N/CO2의 몰비가 1.0이며 Et3N의 농도가 3M인 반응 조건에서 반응온도에 따른 포름산염의 생산성을 나타낸 것으로, 포름산염의 생산성은 반응온도가 높아질수록 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로 140도의 반응온도 및 100기압의 반응압력에서 포름산염의 생산성이 355.1 gHCOOH/gcat/d를 나타냈고, 이 반응 조건에서 이산화탄소의 전환율은 71.3%로 확인되었다.7(a) shows the productivity of formate according to the reaction temperature under the reaction conditions in which the molar ratio of H 2 /CO 2 of the feed solution is 1.0, the molar ratio of Et3N/CO 2 is 1.0, and the concentration of Et3N is 3M at a reaction pressure of 100 atm. , and it was confirmed that the productivity of formate increased as the reaction temperature increased. Specifically, at a reaction temperature of 140°C and a reaction pressure of 100 atm, the productivity of formate was 355.1 gHCOOH/gcat/d, and the conversion rate of carbon dioxide was confirmed to be 71.3% under these reaction conditions.

도 7의 (b)는 120도의 반응온도에서 공급액의 H2/CO2의 몰비가 1.0이고 Et3N/CO2의 몰비가 1.0이며 Et3N의 농도가 3M인 반응 조건에서 반응압력에 따른 포름산염의 생산성을 나타낸 것으로, 포름산염의 생산성은 반응압력이 높아질수록 증가하는 것을 확인할 수 있었다.7(b) shows the productivity of formate according to the reaction pressure under the reaction conditions in which the molar ratio of H 2 /CO 2 of the feed solution is 1.0, the molar ratio of Et3N/CO 2 is 1.0, and the concentration of Et3N is 3M at a reaction temperature of 120 degrees. As shown, it was confirmed that the productivity of formate increased as the reaction pressure increased.

도 7의 (c)는 120기압의 반응압력 및 120도의 반응온도에서 공급액의 H2/CO2의 몰비가 1.0이고, Et3N/CO2의 몰비가 1.0인 반응 조건에서 Et3N의 농도변화에 따른 포름산염의 생산성을 나타낸 것으로, Et3N의 몰비가 3.0인 반응조건에서 포름산염의 생산성이 340 gHCOOH/gcat/d로 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.7 (c) shows formic acid according to the change in concentration of Et3N under the reaction conditions in which the molar ratio of H 2 /CO 2 of the feed solution is 1.0 and the molar ratio of Et3N/CO 2 is 1.0 at a reaction pressure of 120 atmospheres and a reaction temperature of 120 degrees. As the productivity of the salt, it was confirmed that the productivity of the formate was the highest at 340 gHCOOH/gcat/d under the reaction conditions in which the molar ratio of Et3N was 3.0.

도 7의 (d)는 120도의 반응온도 및 120기압의 반응압력에서 공급액의 H2/CO2의 몰비가 1.0이고 Et3N의 농도가 3M인 반응 조건에서 Et3M/CO2의 몰비를 변화시켜 가며 CO2의 접촉시간에 따른 포름산염의 생산성 및 CO2 전환율을 나타낸 것으로, CO2의 접촉시간이 감소하면서 Et3N/CO2의 몰비가 증가할수록 포름산염의 생산성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 CO2의 접촉시간이 증가하면서 Et3N/CO2의 몰비가 증가할수록 CO2 전환율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, CO2의 접촉시간이 1분이고 Et3N/CO2의 몰비가 1.0일 때, CO2 전환율은 43.6%였고, 이때, 포름산염의 생산성은 650 gHCOOH/gcat/d로 나타났다.7 (d) shows a reaction temperature of 120 degrees and a reaction pressure of 120 atm. In the reaction conditions, the molar ratio of H 2 /CO 2 of the feed solution is 1.0 and the concentration of Et3N is 3M. While changing the molar ratio of Et3M/CO 2 CO illustrates the production of formic acid salts and CO 2 conversion rate of the second contact time, the higher the molar ratio of Et3N / CO 2 increase with decreasing the contact time of CO 2, it was confirmed that the formate salt increase productivity. Further more the molar ratio of Et3N / CO 2 increases with increasing the contact time of CO 2 was confirmed that the CO 2 conversion decreases. Specifically, when the contact time of CO 2 was 1 minute and the molar ratio of Et3N/CO 2 was 1.0, the CO 2 conversion was 43.6%, and the productivity of formate was 650 gHCOOH/gcat/d.

한편, 반응 종료 후 얻어진 반응생성물은 액체크로마토그라피(HPLC, high performance chromatography)로 분석하였고, 반응 종료 후 얻어진 가스조성은 가스크로마토그라피로 분석하였다. 분석 결과에서 일산화탄소는 거의 검출되지 않아 포름산염의 선택도가 거의 100%에 이르는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, the reaction product obtained after completion of the reaction was analyzed by liquid chromatography (HPLC, high performance chromatography), and the gas composition obtained after completion of the reaction was analyzed by gas chromatography. As a result of the analysis, almost no carbon monoxide was detected, and it was confirmed that the selectivity of formate reached almost 100%.

[실시예 16][Example 16]

도 8에 도시된 바와 같은 유동층 반응기에서의 촉매 활성을 확인하고자, 다음의 조건으로 반응을 진행하였다. 구체적으로 실시예 1에서 제조된 Ru-bpyTN-30-CTF 촉매 3g을 유동층 반응기(직경: 3/8 inch, 길이: 1m)에 분산시켰다. 여기서 상단의 촉매를 분리하기 위한 관은 직경을 1 inch로 하고 길이는 30 cm로 하였다. 또한 관은 관형 밴드히터를 사용하여 온도를 제어할 수 있도록 하였다. 액체가 반응기의 하단부로 유입되는 것을 방지하는 가스 스파저(gas sparger)를 두고 반응기에 Et3N을 채웠다. 120도의 반응온도 및 120기압의 반응압력에서 이산화탄소 761.6 ml/min, 수소 761.6 ml/min, 물 3.0 ml/min 및 Et3N 2.34 ml/min을 각각 공급하면서 반응을 진행하였다.as shown in FIG. 8 In order to confirm the catalyst activity in the fluidized bed reactor, the reaction was carried out under the following conditions. Specifically, 3 g of the Ru-bpyTN-30-CTF catalyst prepared in Example 1 was dispersed in a fluidized bed reactor (diameter: 3/8 inch, length: 1 m). Here, the tube for separating the catalyst at the top had a diameter of 1 inch and a length of 30 cm. In addition, the tube used a tubular band heater to control the temperature. The reactor was filled with Et3N with a gas sparger preventing liquid from entering the bottom of the reactor. At a reaction temperature of 120 degrees and a reaction pressure of 120 atm, the reaction was carried out while supplying 761.6 ml/min of carbon dioxide, 761.6 ml/min of hydrogen, 3.0 ml/min of water and 2.34 ml/min of Et3N, respectively.

반응 종료 후 반응기의 상층부에서 반응생성물을 얻었으며, 이를 액체크로마토그라피(HPLC, high performance chromatography)로 분석하였다. 또한 반응 종료 후 얻어진 가스조성은 가스크로마토그라피로 분석하였다. 분석 결과에서 CO2 전환율은 37%로 나타났고, 포름산염의 생산성은 280 gHCOOH/gcat/d로 나타났다. 또한 일산화탄소는 거의 검출되지 않아 포름산염의 선택도가 거의 100%에 이르는 것을 확인할 수 있었다.After completion of the reaction, a reaction product was obtained from the upper part of the reactor, which was analyzed by liquid chromatography (HPLC, high performance chromatography). In addition, the gas composition obtained after completion of the reaction was analyzed by gas chromatography. As a result of the analysis, the CO 2 conversion rate was 37%, and the productivity of formate was 280 gHCOOH/gcat/d. In addition, since carbon monoxide was hardly detected, it was confirmed that the selectivity of formate reached almost 100%.

[실시예 17][Example 17]

도 9에 도시된 바와 같은 공정도를 통해 메탄(합성가스)을 이용하여 포름산을 제조하였다.Formic acid was prepared using methane (syngas) through the process diagram as shown in FIG. 9 .

구체적으로, 메탄(3,196.8kg/h)과 스팀(12,603kg/h)을 850도 및 20기압으로 유지된 메탄 리포밍 반응기(R2)에 공급하여 반응시켰다. 반응 후 생성물은 열교환기를 거쳐 열이 회수되었고, 다시 450도 및 20기압의 조건을 거쳐 메탄(184.0kg/h), 일산화탄소(3398.3kg/h), 이산화탄소(2979.3kg/h), 수소(1267.3 kg/h) 및 스팀(7980 kg/h)의 조성을 갖는 리포머 생성물이 생성되었다. 여기서 회수되는 열량은 4.9 M*kcal/h였다. 다음, 리포머 생성물은 450도의 고온 수성가스반응기(R3) 및 210도의 저온 수성가스반응기(R4)를 통해 수성가스 반응을 거치게 되었고, 이 반응을 통해 메탄(184.0 kg/h), 일산화탄소(71.5 kg/h), 이산화탄소(8208 kg/h), 수소(1504.6 kg/h) 및 스팀(5840 kg/h)을 포함하는 수성가스 조성물이 생성되었다. 이 수성가스 조성물(stream (3))은 컴프레서에 의해 20기압에서 120기압으로 승압되어 물이 제거된 후, 포름산염 생성반응기(R1)에 공급되었다.Specifically, methane (3,196.8 kg/h) and steam (12,603 kg/h) were supplied and reacted to the methane reforming reactor (R2) maintained at 850 degrees and 20 atm. After the reaction, heat was recovered from the product through a heat exchanger, and again under the conditions of 450 degrees and 20 atmospheres, methane (184.0 kg/h), carbon monoxide (3398.3 kg/h), carbon dioxide (2979.3 kg/h), hydrogen (1267.3 kg) /h) and steam (7980 kg/h). The amount of heat recovered here was 4.9 M*kcal/h. Next, the reformer product was subjected to a water gas reaction through a high temperature water gas reactor (R3) at 450 degrees and a low temperature water gas reactor at 210 degrees (R4), and through this reaction, methane (184.0 kg / h), carbon monoxide (71.5 kg / h), carbon dioxide (8208 kg/h), hydrogen (1504.6 kg/h) and steam (5840 kg/h) was produced. This water gas composition (stream (3)) was pressurized from 20 atm to 120 atm by a compressor to remove water, and then was supplied to the formate generating reactor (R1).

한편 이산화탄소 흡수탑(A)에서 공급되는 CO2가 흡수된 생성물(stream (7))은 CO2(25080 kg/h), Et3N(95725 kg/h) 및 물(183412 kg/h)의 조성으로 포름산염 생성반응기(R1)에 공급되었다. 또한 미반응 메탄(7868 kg/h), 일산화탄소(2876 kg/h), 이산화탄소(47654 kg/h), 수소(2421 kg/h) 및 가스스트림에 포함된 물(2745 kg/h)이 포름산염 생성반응기(R1)에 순환되었다. 결과적으로 포름산염 생성반응기(R1)에는 stream (3), stream (7) 및 stream (4)가 공급되었다. On the other hand, the CO 2 absorbed product (stream (7)) supplied from the carbon dioxide absorption tower (A) is a composition of CO 2 (25080 kg/h), Et3N (95725 kg/h) and water (183412 kg/h). It was supplied to the formate generation reactor (R1). In addition, unreacted methane (7868 kg/h), carbon monoxide (2876 kg/h), carbon dioxide (47654 kg/h), hydrogen (2421 kg/h) and water (2745 kg/h) contained in the gas stream (2745 kg/h) are formate. It was circulated to the production reactor (R1). As a result, stream (3), stream (7) and stream (4) were supplied to the formate generating reactor (R1).

상기 포름산염 생성반응기(R1)에는 실시예 1에서 제조된 촉매 Ru-bpyTN-30-CTF 400 kg이 채워져 있으며, CO2 전환율은 약 40%였다. 상기 포름산염 생성반응기(R1)의 하부로 메탄(8557 kg/h), 일산화탄소(3132 kg/h), 이산화탄소(50401 kg/h), 수소(2555 kg/h), 물(183614 kg/h), Et3N(95725 kg/h) 및 포름산(35331 kg/h)의 조성을 갖는 반응물(Stream (5))이 배출되었다. 여기서 포름산의 양은 포름산염과 Et3N이 결합된 부가화합물의 양을 통해 산출되었다. 구체적으로 부가화합물은 Et3NH+:HCOO-(1:0.81)이며, 괄호안의 1:0.81은 부가화합물에서 HCOO-에 대한 Et3NH+의 몰비를 나타낸다.400 kg of the catalyst Ru-bpyTN-30-CTF prepared in Example 1 was filled in the formate generating reactor (R1), and the CO 2 conversion rate was about 40%. Methane (8557 kg/h), carbon monoxide (3132 kg/h), carbon dioxide (50401 kg/h), hydrogen (2555 kg/h), water (183614 kg/h) to the bottom of the formate generating reactor (R1) , Et3N (95725 kg/h) and formic acid (35331 kg/h) (Stream (5)) was discharged. Here, the amount of formic acid was calculated through the amount of an adduct in which formate and Et3N were combined. Specifically, the addition compound is Et3NH + :HCOO - (1:0.81), and 1:0.81 in parentheses indicates the molar ratio of Et3NH + to HCOO - in the addition compound.

반응물(Stream (5))은 용기 GL에서 기액 분리가 이루어지며 약 80도의 온도를 갖도록 유지되었다. 분리된 성분 중 기체는 포름산염 생성반응기(R1)로 환류되며 Et3NH+:HCOO-(1:0.81)의 부가화합물 131056 kg/h 및 물 186333 kg/h는 증발탑(Ev)으로 공급되었다. 증발탑(Ev)은 높이가 1.2m이며 라쉬링으로 채워져 있고, 압력은 150mmHg로 유지되었다. 증발탑(Ev)의 상부에서는 물 186333 kg/h 및 Et3N 61934 kg/h의 조성을 갖는 Stream이 배출되었고, 증발탑(Ev)의 하부에서는 Et3NH+:HCOO-(1:2.3) 부가화합물(포름산 35331 kg/h 및 Et3N 33791 kg/h가 얻어짐)이 배출되었다. 증발탑(Ev)의 상부에서 배출된 Et3N과 물은 상분리가 되며 이들은 증류탑(D1)의 상부에서 배출되는 Et3N 33791 kg/h와 함께 용기(V4)에서 혼합되고 상분리되어 각각 Feed tank(T1) 및 Feed tank(T2)로 공급되었다. 여기서 증류탑(D1)은 높이가 2.5 m이며, structured packing으로 채워져 있었다. 이후 Et3N과 물(Stream (6))은 이산화탄소 흡수탑(A)으로 공급되었고, 이산화탄소 흡수탑(A)에서 연소배가스에 함유된 이산화탄소를 흡수하여 CO2가 흡수된 생성물(stream (7))로써, 포름산염 생성반응기(R1)로 재순환되었다.The reactant (Stream (5)) was maintained at a temperature of about 80°C with gas-liquid separation in vessel GL. Among the separated components, the gas was refluxed to the formate generation reactor (R1), and 131056 kg/h of an addition compound of Et3NH + :HCOO - (1:0.81) and 186333 kg/h of water were supplied to the evaporation tower (Ev). The evaporation tower (Ev) was 1.2 m in height and filled with a lash ring, and the pressure was maintained at 150 mmHg. A stream having a composition of 186333 kg/h of water and 61934 kg/h of Et3N was discharged from the top of the evaporation tower (Ev), and from the bottom of the evaporation tower (Ev), Et3NH + :HCOO - (1:2.3) adduct (formic acid 35331) kg/h and Et3N 33791 kg/h were obtained). Et3N and water discharged from the upper part of the evaporation column (Ev) are phase-separated, and they are mixed in a vessel (V4) together with Et3N 33791 kg/h discharged from the upper part of the distillation column (D1) and phase-separated, respectively, to the Feed tank (T1) and It was supplied to the feed tank (T2). Here, the distillation column (D1) has a height of 2.5 m and is filled with structured packing. After that, Et3N and water (Stream (6)) were supplied to the carbon dioxide absorption tower (A), and the carbon dioxide contained in the combustion flue gas was absorbed in the carbon dioxide absorption tower (A) as a product (stream (7)) from which the CO 2 was absorbed. , was recycled to the formate generating reactor (R1).

한편, 증발탑(Ev)의 하부에서 배출된 Et3NH+:HCOO-(1:2.3) 부가화합물은 저장용기(V2)에 공급되었고, 정제탑(D2)의 하부에서 배출되는 nBIMH+:HCOO-(1:0.18) 부가화합물 124067 kg/h과 혼합되어 혼합물을 형성하고, 형성된 혼합물(stream (10))은 증류탑(D1)에 공급되었다. 여기서 괄호안의 1:0.81은 부가화합물에서 HCOO-에 대한 nBIMH+의 몰비를 나타내며 nBIM은 n-butylimidazole를 나타낸다. On the other hand, Et3NH + :HCOO - (1:2.3) added compound discharged from the bottom of the evaporation tower (Ev) was supplied to the storage vessel (V2), and nBIMH + :HCOO - ( 1:0.18) was mixed with 124067 kg/h of an additional compound to form a mixture, and the formed mixture (stream (10)) was supplied to the distillation column (D1). Here, 1:0.81 in parentheses indicates the molar ratio of nBIMH + to HCOO − in the additional compound, and nBIM indicates n-butylimidazole.

이후 증류탑(D1)의 상부에서 Et3N 33791 kg/h가 배출되었고, 하부에서는 nBIMH+:HCOO-(1:1) 부가화합물 159398 kg/h이 배출되었으며, 부가화합물은 저장용기(V3)에 저장되었다. 저장용기(V3)에 저장된 nBIMH+:HCOO-(1:1) 부가화합물(stream (11))은 정제탑(D2)으로 공급되어 정제과정을 거쳤다. 정제과정 후 정제탑(D2)의 상부에서는 순수한 포름산 35331 kg/h이 배출되어 얻어지게 되었고, 정제탑(D2)의 하부에서는 nBIMH+:HCOO-(1:0.18) 부가화합물 124067 kg/h이 배출되었고, 이는 저장용기(V2)로 재순환되었다.Then, Et3N 33791 kg/h was discharged from the upper part of the distillation column (D1), and 159398 kg/h of nBIMH + :HCOO - (1:1) adduct compound was discharged from the lower part, and the adduct compound was stored in the storage container (V3). . The nBIMH+:HCOO-(1:1) addition compound (stream (11)) stored in the storage container (V3) was supplied to the purification tower (D2) and subjected to purification. After the purification process, 35331 kg/h of pure formic acid was discharged from the upper part of the refinery column (D2), and 124067 kg/h of nBIMH + :HCOO - (1:0.18) adduct was discharged from the lower part of the refinery column (D2). and it was recycled to the storage vessel (V2).

100: 수성가스 전환부
200: 포름산염 생성부
300: 포름산 분리부
400: 이산화탄소 포집부
500: 기액 분리부
100: water gas conversion unit
200: formate generation unit
300: formic acid separation unit
400: carbon dioxide collecting unit
500: gas-liquid separation unit

Claims (16)

합성가스를 수성가스 전환부에 공급하여 합성가스에 포함된 일산화탄소를 수소 및 이산화탄소로 전환하는 공정;
상기 수성가스 전환부에서 전환된 수소 및 이산화탄소가 포함된 혼합가스를 촉매가 구비된 포름산염 생성부에 공급하여 포름산염을 생성하는 공정;
상기 포름산염을 포름산 분리부에 공급하여 포름산을 분리하는 공정; 및
연소 배가스와 아민계 화합물을 이산화탄소 포집부에 공급하여 탄산-아민 부가화합물을 생성하는 공정을 포함하고,
상기 탄산-아민 부가화합물은 상기 포름산염 생성부에 공급되고,
상기 합성가스는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 석탄, 바이오매스, 바이오가스 및 제철소 부생가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에서 유래된 것인 포름산의 제조공정.
a process of supplying syngas to a water gas conversion unit to convert carbon monoxide contained in syngas into hydrogen and carbon dioxide;
supplying a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide converted in the water gas conversion unit to a formate generating unit equipped with a catalyst to generate a formate;
supplying the formic acid salt to a formic acid separation unit to separate formic acid; and
supplying combustion exhaust and an amine compound to a carbon dioxide collecting unit to produce a carbonate-amine adduct,
The carbonate-amine addition compound is supplied to the formate generator,
The synthesis gas is a process for producing formic acid that is derived from at least one selected from the group consisting of hydrocarbons having 1 to 5 carbon atoms, coal, biomass, biogas, and steelworks by-product gas.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄산-아민 부가화합물은 상기 혼합가스에 포함된 이산화탄소(a)와 수소(b)의 몰비(b/a)가 2.0보다 낮을 때, 상기 포름산염 생성부에 공급되는 것인 포름산의 제조공정.
According to claim 1,
The carbonic acid-amine addition compound is supplied to the formic acid generating unit when the molar ratio (b/a) of carbon dioxide (a) and hydrogen (b) contained in the mixed gas is lower than 2.0.
제1항에 있어서,
상기 아민계 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인 포름산의 제조공정:
[화학식 1]
NR1R2R3
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되거나 서로 결합하여 지방족 고리 또는 방향족 고리를 형성하고,
상기 R1 내지 R3의 알킬기 및 시클로알킬기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 6 내지 10의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
According to claim 1,
The amine-based compound is a compound represented by the following formula (1) The manufacturing process of formic acid:
[Formula 1]
NR 1 R 2 R 3
In Formula 1,
R 1 to R 3 are the same or different from each other, and are each independently selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, or combine with each other to form an aliphatic ring or an aromatic ring,
The alkyl group and the cycloalkyl group of R 1 to R 3 are each independently substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and an aryl group having 6 to 10 carbon atoms.
제4항에 있어서,
상기 아민계 화합물은 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine), 트리펜틸아민(tripentylamine), 트리프로필아민(tripropylamine), 트리부틸아민(tributylamine), 트리헥실아민(trihexylamine), N,N-디메틸부틸아민(N,N-dimethylbutylamine), 디메틸사이클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine), 디메틸펜에틸아민(dimethylphenethylamine) 및 이소아밀아민(isoamylamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 포름산의 제조공정.
5. The method of claim 4,
The amine-based compound is trimethylamine, triethylamine, tripentylamine, tripropylamine, tributylamine, trihexylamine, N,N- Dimethylbutylamine (N,N-dimethylbutylamine), dimethylcyclohexylamine (dimethylcyclohexylamine), dimethylphenethylamine (dimethylphenethylamine) and isoamylamine (isoamylamine) at least one selected from the group consisting of a manufacturing process of formic acid.
제1항에 있어서,
상기 아민계 화합물은 디알킬피페라진(N,N-dialkyl piperazine), 모폴린(morpholine), 알킬모폴린(N-alkyl morpholine), 알킬피페리딘 및 알킬피롤리딘(alkylpyrrolidine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 포름산의 제조공정.
According to claim 1,
The amine-based compound is dialkylpiperazine (N,N-dialkyl piperazine), morpholine (morpholine), alkylmorpholine (N-alkyl morpholine), alkylpiperidine and alkylpyrrolidine (alkylpyrrolidine) from the group consisting of A process for producing formic acid that is one or more selected.
제1항에 있어서,
상기 포름산염 생성부에 상기 혼합가스와 함께 별도의 이산화탄소가 추가로 공급되는 것인 포름산의 제조공정.
According to claim 1,
A process for producing formic acid in which a separate carbon dioxide is additionally supplied together with the mixed gas to the formate generator.
제1항에 있어서,
상기 포름산염 생성부에 구비된 촉매는 활성금속이 질소 및 인 중 1종 이상을 포함하는 다공성 담체에 담지된 것인 포름산의 제조공정.
According to claim 1,
The catalyst provided in the formate generating unit is a process for producing formic acid in which the active metal is supported on a porous carrier containing at least one of nitrogen and phosphorus.
제8항에 있어서,
상기 활성금속은 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 금(Au), 철(Fe) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 포름산의 제조공정.
9. The method of claim 8,
The active metal includes at least one selected from the group consisting of iridium (Ir), ruthenium (Ru), palladium (Pd), gold (Au), iron (Fe) and cobalt (Co). .
제8항에 있어서,
상기 다공성 담체는 다공성 유기 골격체(porous organic framworks), 공유 유기 골격체(covalent organic frameworks), 공유 트리아진 골격체(covalent triazine frameworks), 다공성 방향족 골격체(porous aromatic frameworks) 및 다공성 유기 폴리머(porous organic polymer)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 포름산의 제조공정.
9. The method of claim 8,
The porous carrier includes porous organic frameworks, covalent organic frameworks, covalent triazine frameworks, porous aromatic frameworks, and porous organic polymers. Organic polymer), the manufacturing process of formic acid comprising at least one selected from the group consisting of.
제10항에 있어서,
상기 다공성 담체는 트리아진(triazine) 구조 또는 헵타진(heptazine) 구조를 포함하는 것인 포름산의 제조공정.
11. The method of claim 10,
The porous carrier is a process for producing formic acid comprising a triazine (triazine) structure or a heptazine (heptazine) structure.
제8항에 있어서,
상기 다공성 담체는 피리딘 결합의 질소(pyridinic-N), 피롤 결합의 질소(pyrrolic-N), 피라졸 결합의 질소(pyrazole-N) 및 그라파이트 결합의 질소(graphitic-N)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 포름산의 제조공정.
9. The method of claim 8,
The porous carrier is one selected from the group consisting of nitrogen of a pyridine bond (pyridinic-N), nitrogen of a pyrrole bond (pyrrolic-N), nitrogen of a pyrazole bond (pyrazole-N), and nitrogen of a graphite bond (graphitic-N) A process for producing formic acid comprising more than one species.
제8항에 있어서,
상기 다공성 담체는 질소 또는 인이 골격구조 내에 함유된 티타니아, 알루미나, 갈리아, 지르코니아 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 포름산의 제조공정.
9. The method of claim 8,
The porous carrier is a process for producing formic acid comprising at least one selected from the group consisting of titania, alumina, gallia, zirconia and silica in which nitrogen or phosphorus is contained in the framework structure.
합성가스의 수성가스 반응에 의해 합성가스에 포함된 일산화탄소를 수소 및 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환부;
촉매 존재 하에 상기 수소 및 이산화탄소가 포함된 혼합가스와 아민계 화합물을 반응시켜 포름산염을 생성하는 포름산염 생성부;
상기 포름산염에서 포름산을 분리하는 포름산 분리부; 및
연소 배가스와 아민계 화합물을 반응시켜 탄산-아민 부가화합물을 생성하는 이산화탄소 포집부를 포함하고,
상기 탄산-아민 부가화합물은 상기 포름산염 생성부로 공급되고,
상기 합성가스는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 석탄, 바이오매스, 바이오가스 및 제철소 부생가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에서 유래된 것인 포름산의 제조장치.
Water gas conversion unit for converting carbon monoxide contained in the synthesis gas into hydrogen and carbon dioxide by the water gas reaction of the synthesis gas;
a formate generator for generating a formate by reacting the mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide with an amine compound in the presence of a catalyst;
a formic acid separation unit for separating formic acid from the formic acid salt; and
and a carbon dioxide trapping unit that reacts the combustion exhaust with an amine compound to produce a carbonate-amine adduct,
The carbonate-amine addition compound is supplied to the formate generator,
The synthesis gas is an apparatus for producing formic acid that is derived from at least one selected from the group consisting of hydrocarbons having 1 to 5 carbon atoms, coal, biomass, biogas, and steelworks by-product gas.
삭제delete 제14항에 있어서,
상기 포름산염 생성부는 교반형 반응기, 고정층 반응기 및 유동층 반응기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 포름산의 제조장치.
15. The method of claim 14,
The formic acid producing unit is an apparatus for producing formic acid comprising at least one selected from the group consisting of a stirred reactor, a fixed bed reactor, and a fluidized bed reactor.
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