KR102359896B1 - Preparing method of dimethylolbutanal and preparation method of trimethylolpropane using the same - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 (A) n-부틸알데히드(n-BAL)와 포름알데히드(FA)를 알킬아민 촉매 하에 반응시켜, 디메틸올부탄알(DMB)을 포함하는 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 수득하는 단계; 및 (B) 상기 디메틸올부탄알 혼합 생성물로부터 알킬아세테이트(alkyl acetate)를 사용한 추출을 이용하여 디메틸올부탄알을 분리하는 단계를 포함하는 디메틸올부탄알의 제조방법 및 이를 이용한 트리메틸올프로판의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to (A) reacting n-butylaldehyde (n-BAL) and formaldehyde (FA) under an alkylamine catalyst to obtain a dimethylol butanal mixture product containing dimethylol butanal (DMB); and (B) separating dimethylol butanal from the dimethylol butanal mixture by extraction using alkyl acetate, and preparation of trimethylol propane using the same it's about how

Description

디메틸올부탄알의 제조방법 및 이를 이용한 트리메틸올프로판의 제조방법 {PREPARING METHOD OF DIMETHYLOLBUTANAL AND PREPARATION METHOD OF TRIMETHYLOLPROPANE USING THE SAME}Manufacturing method of dimethylol butanal and trimethylol propane using the same

본 명세서는 디메틸올부탄알의 제조방법 및 이를 이용한 트리메틸올프로판의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to a method for preparing dimethylol butanal and a method for preparing trimethylolpropane using the same.

트리메틸올프로판(trimethylolpropane, TMP)은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 중 하나는 하기와 같이 n-부틸알데히드(n-BAL), 포름알데히드(FA)를 알칼리메탈(주로, NaOH) 촉매 하에 Cannizzaro 반응을 통해 이루어진다. Trimethylolpropane (TMP) can be prepared in a variety of ways, one of which is n-butylaldehyde (n-BAL) and formaldehyde (FA) as follows Cannizzaro under an alkali metal (mainly, NaOH) catalyst This is done through a reaction.

Figure 112017100170753-pat00001
Figure 112017100170753-pat00001

상업화 공정에서 주로 사용되는 Cannizzaro 반응에 의한 TMP 제조방법은, TMP 1mol 당 1mol의 메탈포르메이트(formate salt)가 부산물로 생성되어 효율적이지 못하다.The TMP production method by the Cannizzaro reaction, which is mainly used in the commercialization process, is not efficient because 1 mol of metal formate per 1 mol of TMP is generated as a by-product.

트리메틸올프로판은 상온에서 백색 결정 물질이며, 알키드 수지, 포화 폴리에스테르, 합성 윤활유, 폴리우레탄 수지, 및 가소제 분야 등의 다양한 분야에서 원료 물질로서 널리 사용된다. 따라서 산업적으로 중요한 원료 물질인 트리메틸올프로판을 경제적인 방법으로 생산하기 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있다.Trimethylolpropane is a white crystalline material at room temperature, and is widely used as a raw material in various fields such as alkyd resins, saturated polyesters, synthetic lubricants, polyurethane resins, and plasticizer fields. Therefore, research to produce trimethylolpropane, an industrially important raw material, in an economical way is continuously being conducted.

미국 특허 등록 공보 제3956306호US Patent Publication No. 3956306

본 명세서는 디메틸올부탄알의 제조방법 및 이를 이용한 트리메틸올프로판의 제조방법을 제공한다.The present specification provides a method for preparing dimethylol butanal and a method for preparing trimethylolpropane using the same.

본 명세서의 일 실시상태는,An exemplary embodiment of the present specification is,

(A) n-부틸알데히드(n-BAL)와 포름알데히드(FA)를 알킬아민 촉매 하에 반응시켜, 디메틸올부탄알(DMB)을 포함하는 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 수득하는 단계; 및(A) reacting n-butylaldehyde (n-BAL) and formaldehyde (FA) under an alkylamine catalyst to obtain a dimethylolbutanal mixture product including dimethylolbutanal (DMB); and

(B) 상기 디메틸올부탄알 혼합 생성물로부터 알킬아세테이트(alkyl acetate)를 사용한 추출을 이용하여 디메틸올부탄알을 분리하는 단계를 포함하는 디메틸올부탄알의 제조방법을 제공한다.(B) provides a method for producing dimethylol butanal, comprising the step of separating dimethylol butanal from the dimethylol butanal mixture using extraction using alkyl acetate.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는, In addition, an exemplary embodiment of the present specification,

디메틸올부탄알의 제조방법에 따라 디메틸올부탄알을 수득하는 단계; 및Obtaining dimethylol butanal according to the manufacturing method of dimethylol butanal; and

금속 촉매 하에서 온도 80℃ 내지 150℃ 및 압력 20bar 내지 70bar 조건으로 수소화 반응시켜 트리메틸올프로판(TMP)을 제조하는 단계를 포함하는 것인 트리메틸올프로판의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing trimethylolpropane comprising the step of preparing trimethylolpropane (TMP) by performing a hydrogenation reaction at a temperature of 80°C to 150°C and a pressure of 20bar to 70bar under a metal catalyst.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 디메틸올부탄알의 제조방법을 통해 트리메틸올프로판 제조의 원료로서 사용하는 디메틸올부탄알을 높은 추출 효율로 얻을 수 있다. Through the method for producing dimethylol butanal according to an exemplary embodiment of the present specification, dimethylol butanal used as a raw material for preparing trimethylol propane can be obtained with high extraction efficiency.

더 나아가, 얻어진 디메틸올부탄알을 수소화 반응의 원료로 사용하여 트리메틸올프로판을 높은 효율로 얻을 수 있다.Furthermore, trimethylolpropane can be obtained with high efficiency by using the obtained dimethylolbutanal as a raw material for the hydrogenation reaction.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 디메틸올부탄알의 제조방법을 실시하기 위한 공정도이다.1 is a process diagram for carrying out a method for producing dimethylol butanal according to an exemplary embodiment of the present specification.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.

본 명세서에 있어서, '추출 효율'은 투입된 추출 원료 중에 포함된 목적하는 추출물질의 중량에 대하여, 추출 후 추출 용매 내에 포함되는 추출물질의 중량의 비로 정의된다. In the present specification, 'extraction efficiency' is defined as the ratio of the weight of the extract contained in the extraction solvent after extraction to the weight of the desired extract contained in the input extraction raw material.

또한, 본 명세서에 있어서, '수율'은 반응에서 실제 생산되는 생산물의 양을, 이론상 기대할 수 있는 최대 생산량으로 나눈 값으로 정의된다.In addition, in the present specification, 'yield' is defined as a value obtained by dividing the amount of product actually produced in the reaction by the theoretical maximum yield.

본 명세서의 일 실시상태는 (A) n-부틸알데히드(n-BAL)와 포름알데히드(FA)를 알킬아민 촉매 하에 반응시켜, 디메틸올부탄알(DMB)을 포함하는 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 수득하는 단계; 및 (B) 상기 디메틸올부탄알 혼합 생성물로부터 알킬아세테이트(alkyl acetate)를 사용한 추출을 이용하여 디메틸올부탄알을 분리하는 단계를 포함하는 디메틸올부탄알의 제조방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification is (A) n-butylaldehyde (n-BAL) and formaldehyde (FA) are reacted under an alkylamine catalyst to produce a dimethylol butanal mixture product containing dimethylol butanal (DMB) obtaining; and (B) separating dimethylol butanal from the dimethylol butanal mixture using extraction using alkyl acetate.

TMP를 제조하는 Cannizzaro 반응의 경우, n-BAL이 반응을 통해 TMP가 생성되면서 포르메이트 염이 부산물로 함께 생성된다. 그러나, 본 명세서에 따른 트리메틸올프로판의 제조방법에 있어서는, 알돌 반응 후 DMB를 추출 방식으로 분리한 다음, 수소화 공정을 거쳐 TMP가 생성되는 것이므로, 부산물이 생성되지 않는다. In the case of the Cannizzaro reaction for producing TMP, n-BAL is reacted to produce TMP, and a formate salt is produced together as a by-product. However, in the method for producing trimethylolpropane according to the present specification, DMB is separated by an extraction method after the aldol reaction, and then TMP is produced through a hydrogenation process, so no by-products are produced.

알돌 반응 후 DMB와 일부 TMP가 형성됨에 따라 염이 생성되며, 이를 제거하지 않으면, 이후의 수소화 반응시의 반응성 및 안정성을 저하시킨다. 트리메틸올프로판을 수소화 반응으로 제조할 경우, 1단계 알돌 반응 이후 트리메틸올프로판 전 단계 물질인 디메틸올부탄알(DMB)의 효과적인 분리가 필요하다. As DMB and some TMP are formed after the aldol reaction, salts are generated, and if this is not removed, the reactivity and stability in the subsequent hydrogenation reaction are reduced. When trimethylolpropane is produced by hydrogenation, effective separation of dimethylolbutanal (DMB), a material in the previous stage of trimethylolpropane, is required after the first-stage aldol reaction.

특히, 본 발명자들은 추출에 사용되는 여러가지 용매 중에 알킬아세테이트(alkyl acetate)가 다른 용매 대비 높은 DMB 추출 효율을 나타내는 것을 알아내었다. DMB는 하이드록시기(-OH)를 2개 포함하고 있어서, 극성 용매에 잘 녹는다. 추출 용매로 사용되는 다른 탄화수소 용매나 2-에틸헥사놀(2-EH)보다 본 발명에 사용되는 알킬아세테이트, 특히 에틸아세테이트가 극성이 더 크기 때문에, 분별 깔때기(separatory funnel)를 이용한 추출 시 추출 용매로 사용할 경우, DMB 추출 효율을 극대화 할 수 있다.In particular, the present inventors found that among various solvents used for extraction, alkyl acetate exhibited high DMB extraction efficiency compared to other solvents. Since DMB contains two hydroxyl groups (-OH), it is readily soluble in polar solvents. Since the alkyl acetate used in the present invention, especially ethyl acetate, has a greater polarity than other hydrocarbon solvents or 2-ethylhexanol (2-EH) used as the extraction solvent, the extraction solvent during extraction using a separatory funnel When used as a DMB, it is possible to maximize the DMB extraction efficiency.

이에 따라, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 디메틸올부탄알의 제조방법은, 알킬아세테이트를 용매로 사용한 추출을 이용하여 원하는 물질인 DMB를 효과적으로 제조할 수 있어서, 궁극적으로 이후의 수소화 반응을 진행하는 경우 높은 효율의 TMP 수율을 얻을 수 있었다.Accordingly, in the method for producing dimethylol butanal according to an exemplary embodiment of the present specification, DMB, a desired material, can be effectively produced by extraction using alkyl acetate as a solvent, and ultimately, the subsequent hydrogenation reaction is performed. In this case, it was possible to obtain a high-efficiency TMP yield.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 추출 용매로서 알킬아세테이트는 탄소수 2 내지 10의 알킬아세테이트일 수 있고, 바람직하게는 탄소수 2 내지 6의 알킬아세테이트일 수 있으며, 더 바람직하게는 에틸아세테이트(ethyl acetate)일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the alkyl acetate as the extraction solvent may be an alkyl acetate having 2 to 10 carbon atoms, preferably an alkyl acetate having 2 to 6 carbon atoms, more preferably ethyl acetate. can be

본 명세서의 일 실시상태에 따른 디메틸올부탄알의 제조방법에 있어서, 상기 (A) 단계에서는 n-부틸알데히드와 포름알데히드, 그리고 알킬아민 촉매를 사용하여 알돌 축합 반응을 통하여 디메틸올부탄알을 포함하는 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 수득한다. In the method for producing dimethylol butanal according to an exemplary embodiment of the present specification, in step (A), dimethylol butanal is included through an aldol condensation reaction using n-butylaldehyde, formaldehyde, and an alkylamine catalyst. A mixture of dimethylol butanal is obtained.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계에서는 n-부틸알데히드 100중량부, 포름알데히드 200 내지 400 중량부, 및 알킬아민 촉매 10 내지 40 중량부를 반응시켜 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 수득할 수 있다. 이 때, 반응기는 자켓 타입(jacket type) 반응기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in step (A), 100 parts by weight of n-butylaldehyde, 200 to 400 parts by weight of formaldehyde, and 10 to 40 parts by weight of an alkylamine catalyst are reacted to obtain a dimethylol butanal mixture product. can do. In this case, the reactor may be a jacket type reactor, but is not limited thereto.

반응기에는 n-부틸알데히드, 포름알데히드, 및 알킬아민 촉매를 동시에 투입해도 좋고, 이들 중 일부가 먼저 반응기에 투입되어도 좋다. 예컨대, 반응 효율을 보다 향상시키기 위해서는 n-부틸알데히드와 포름알데히드를 반응기에 먼저 투입한 후에 알킬아민 촉매를 천천히 투입하는 것이 바람직하다.The n-butylaldehyde, formaldehyde, and the alkylamine catalyst may be simultaneously introduced into the reactor, or some of these may be introduced into the reactor first. For example, in order to further improve the reaction efficiency, it is preferable to slowly introduce the alkylamine catalyst after first introducing n-butylaldehyde and formaldehyde into the reactor.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계에서 알킬아민 촉매는 탄소수 3 내지 20의 알킬아민이고, 구체적으로 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine, TEA), 트리프로필아민(tripropylamine), 또는 다이이소프로필에틸아민(diisopropylethylamine) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 트리에틸아민이 사용될 수 있다.In addition, according to an exemplary embodiment of the present specification, the alkylamine catalyst in step (A) is an alkylamine having 3 to 20 carbon atoms, and specifically, trimethylamine, triethylamine (TEA), tripropylamine (tripropylamine), or diisopropylethylamine (diisopropylethylamine) may be used, preferably triethylamine may be used.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계에서 반응 온도는 15℃ 내지 70℃일 수 있고, 바람직하게는 20℃ 내지 50℃ 일 수 있다. 더 바람직하게는 25℃ 내지 40℃일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the reaction temperature in step (A) may be 15 °C to 70 °C, preferably 20 °C to 50 °C. More preferably, it may be 25°C to 40°C.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계의 반응 시간은 90분 내지 200분일 수 있고, 바람직하게는 120분 내지 200분일 수 있다. In addition, according to an exemplary embodiment of the present specification, the reaction time of step (A) may be 90 minutes to 200 minutes, preferably 120 minutes to 200 minutes.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계의 반응 후, 디메틸올부탄알 혼합 생성물의 온도를 상온으로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, after the reaction of step (A), the step of lowering the temperature of the dimethylol butanal mixture to room temperature may be further included.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계에서 n-부틸알데히드, 포름알데히드, 및 알킬아민 촉매를 반응기에 투입한 후, 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 교반 온도는 20℃ 내지 70℃ 일 수 있고, 더 바람직하게는 25℃ 내지 40℃ 일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the method may further include a step of adding n-butylaldehyde, formaldehyde, and an alkylamine catalyst to the reactor in step (A), followed by stirring. At this time, the stirring temperature may be 20 °C to 70 °C, more preferably 25 °C to 40 °C.

상기 (A) 단계에서 n-부틸알데히드, 포름알데히드, 및 알킬아민 촉매를 반응기에 투입한 후, 반응과 동시에 교반하는 단계가 수행될 수 있다. 즉, 반응과 교반이 동시에 수행될 수 있다.In the step (A), n-butylaldehyde, formaldehyde, and an alkylamine catalyst are added to the reactor, and then stirred at the same time as the reaction may be performed. That is, the reaction and stirring may be performed simultaneously.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계에서 교반하는 단계의 교반 속도는 150 내지 350 rpm 일 수 있고, 더 바람직하게는 200 내지 300 rpm 일 수 있다.In addition, according to an exemplary embodiment of the present specification, the stirring speed of the stirring in step (A) may be 150 to 350 rpm, more preferably 200 to 300 rpm.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A) 단계 결과 얻어진 디메틸올부탄알 혼합 생성물은 DMB, TMP, FA 및 H2O가 포함될 수 있다. 이 경우, 디메틸올부탄알 혼합 생성물 기준으로 DMB는 20 내지 30wt% 일 수 있고, TMP는 4 내지 12wt% 일 수 있고, FA는 15 내지 25wt% 일 수 있고, H2O는 38 내지 45wt% 일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the dimethylol butanal mixture product obtained as a result of step (A) may include DMB, TMP, FA and H 2 O. In this case, based on the dimethylol butanal mixture product, DMB may be 20 to 30 wt%, TMP may be 4 to 12 wt%, FA may be 15 to 25 wt%, and H 2 O may be 38 to 45 wt%. can

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (B) 단계에서는 (A) 단계에서 수득한 디메틸올부탄알 혼합 생성물로부터, 알킬아세테이트를 사용하여 DMB를 추출한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in step (B), from the dimethylol butanal mixture obtained in step (A), DMB is extracted using an alkylacetate.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (B) 단계에서 사용되는 추출은 분별 깔때기(Separatory funnel)를 이용한 추출 방식이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the extraction used in step (B) may be an extraction method using a separatory funnel, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (B) 단계에서 추출 온도는 20℃ 내지 50℃가 바람직하고, 구체적으로는 25℃ 내지 30℃가 바람직하다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the extraction temperature in step (B) is preferably 20° C. to 50° C., and specifically preferably 25° C. to 30° C.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 추출 시간이란 추출 원료를 혼합한 후 정치하는 시간을 의미하며, 10분 내지 90분일 수 있고, 바람직하게는 10분 내지 40분일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the extraction time refers to the time to stand still after mixing the extraction raw materials, and may be from 10 minutes to 90 minutes, preferably from 10 minutes to 40 minutes.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (B) 단계에서, 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비는 0.1 내지 5일 수 있다. 바람직하게는 0.2 내지 4일 수 있고, 더 바람직하게는 0.5 내지 3일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, in step (B), the weight ratio of the alkyl acetate to the dimethylol butanal mixture may be 0.1 to 5. It may be preferably 0.2 to 4, more preferably 0.5 to 3.

상기 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비가 상기 범위를 만족하는 경우, 추출 용매로서 알킬아세테이트와, 추출 원료로서 디메틸올부탄알 혼합 생성물의 접촉 면적, 접촉 시간, 추출 작용 등이 최적의 상태로 되어, 추출 효율이 극대화 된다. 또한, 구체적으로, 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비가 0.1 미만이 경우, 추출물(extract)과 라피네이트(raffinate)가 분리되지 않는 단일상이 되거나, 추출효율이 현저히 감소하게 되고, 5 초과인 경우 알킬아세테이트 사용량에 따라 추출효율이 거의 동일하여 사용량 대비 효과적이지 않다.When the weight ratio of alkyl acetate to the dimethylol butanal mixture satisfies the above range, the contact area, contact time, extraction action, etc. of the alkyl acetate as the extraction solvent and the dimethylol butanal mixture product as the extraction raw material are optimal. In this state, the extraction efficiency is maximized. In addition, specifically, when the weight ratio of the alkyl acetate to the dimethylol butanal mixture product is less than 0.1, the extract and the raffinate become a single phase in which they are not separated, or the extraction efficiency is significantly reduced, If it exceeds 5, the extraction efficiency is almost the same depending on the amount of alkyl acetate used, so it is not effective compared to the amount used.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (B) 단계에서 추출은 디메틸올부탄알을 59% 이상의 효율로 추출할 수 있다. 바람직하게는 73% 이상의 효율로 추출할 수 있다. 더 바람직하게는 80% 이상의 효율로 추출할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the extraction in step (B) may extract dimethylolbutanal with an efficiency of 59% or more. Preferably, it can be extracted with an efficiency of 73% or more. More preferably, it can be extracted with an efficiency of 80% or more.

특히 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (B) 단계에서, 추출 용매로서 알킬아세테이트를 사용하고, 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비를 상기와 같은 바람직한 범위 내로 하였을 때, 상기 (A) 단계에서 수득한 디메틸올부탄알 혼합 생성물에서 DMB를 59% 이상의 추출 효율, 바람직하게는 73% 이상의 추출 효율, 더 바람직하게는 80% 이상의 추출 효율로 회수할 수 있다.In particular, according to an exemplary embodiment of the present specification, in the step (B), when an alkyl acetate is used as an extraction solvent and the weight ratio of the alkyl acetate to the dimethylol butanal mixture product is within the preferred range as described above, the ( From the dimethylolbutanal mixture product obtained in step A), DMB can be recovered with an extraction efficiency of 59% or more, preferably an extraction efficiency of 73% or more, and more preferably an extraction efficiency of 80% or more.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 디메틸올부탄알의 제조방법에 따라 DMB를 수득하는 단계; 및 금속 촉매 하에서 반응 온도 80℃ 내지 150℃ 및 반응 압력 20bar 내지 70bar 조건으로 수소화 반응시켜 TMP를 제조하는 단계를 포함하는 트리메틸올프로판의 제조방법을 제공한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, obtaining DMB according to the above-described method for preparing dimethylol butanal; And it provides a method for producing trimethylolpropane comprising the step of preparing TMP by hydrogenation reaction under the conditions of a reaction temperature of 80 ° C. to 150 ° C. and a reaction pressure of 20 bar to 70 bar under a metal catalyst.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 금속 촉매는 구리계 금속 촉매일 수 있다. 구리계 금속 촉매는 수소화 반응에 이용되는 촉매라면 제한되지 않는다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the metal catalyst may be a copper-based metal catalyst. The copper-based metal catalyst is not limited as long as it is a catalyst used in the hydrogenation reaction.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 트리메틸올프로판의 제조방법에 사용되는 반응기는 Batch type의 수소화 반응기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the reactor used in the method for producing trimethylolpropane may be a batch-type hydrogenation reactor, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 수소화 반응의 반응 온도는 80℃ 내지 150℃일 수 있고, 바람직하게는 100℃ 내지 140℃일 수 있고, 더 바람직하게는 110℃ 내지 130℃일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the reaction temperature of the hydrogenation reaction may be 80 °C to 150 °C, preferably 100 °C to 140 °C, more preferably 110 °C to 130 °C.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 수소화 반응의 반응 압력은 20bar 내지 70bar일 수 있다. 바람직하게는 25bar 내지 50bar일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the reaction pressure of the hydrogenation reaction may be 20 bar to 70 bar. Preferably, it may be 25 bar to 50 bar.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 수소화 반응시 디메틸올부탄알을 기준으로 수소(H2)의 몰비가 1 내지 3일 수 있다. 바람직하게는 1 내지 2일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, a molar ratio of hydrogen (H 2 ) based on dimethylol butanal during the hydrogenation reaction may be 1 to 3. Preferably, it may be 1 to 2.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 트리메틸올프로판을 제조하는 단계는 트리메틸올프로판을 70% 이상의 수율로 제조할 수 있다. 전술한 수소화 반응의 반응 조건, 특정한 알코올 용매, 알코올 용매와 DMB 중량비 등을 조절하여 고수율의 트리메틸올프로판 제조가 가능하다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in the step of preparing trimethylolpropane, trimethylolpropane may be prepared in a yield of 70% or more. It is possible to prepare trimethylolpropane in high yield by controlling the reaction conditions of the above-described hydrogenation reaction, a specific alcohol solvent, and the weight ratio of the alcohol solvent to the DMB.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 트리메틸올프로판의 제조방법은 트리메틸올프로판을 수소화 반응에 의해 제조한 후, 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the method for preparing trimethylolpropane may further include a step of purifying trimethylolpropane after preparing it by a hydrogenation reaction.

도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 디메틸올부탄알의 제조방법 및 트리메틸올프로판의 제조방법을 실시하기 위한 장치 및 배관 구성의 예시적인 공정도이다.1 is an exemplary process diagram of an apparatus and piping configuration for carrying out a method for producing dimethylol butanal and a method for producing trimethylolpropane according to an exemplary embodiment of the present specification.

도 1에 따르면, FA 및 n-BAL은 배관(11)을 통해, 알킬아민 촉매는 배관(12)을 통해 각각 반응기(100)에 투입된다. 이 때, 바람직하게는 FA 및 n-BAL 일정량을 배관(11)을 통해 반응기(100)에 먼저 투입한 후, 알킬아민 촉매를 배관(12)을 통해 천천히 반응기(100)에 투입한다. 또한, 바람직하게는 n-BAL 100 중량부 대비, FA 200 내지 400 중량부, 알킬아민 촉매 10 내지 40 중량부의 양으로 투입된다. 투입 완료 후, 반응 온도 15℃ 내지 70℃에서, 반응 시간 90분 내지 200분 동안 반응시켜 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 얻는다.According to FIG. 1 , FA and n-BAL are introduced into the reactor 100 through a pipe 11 , and an alkylamine catalyst is introduced through a pipe 12 , respectively. At this time, preferably, a certain amount of FA and n-BAL is first introduced into the reactor 100 through the pipe 11 , and then the alkylamine catalyst is slowly introduced into the reactor 100 through the pipe 12 . In addition, it is preferably added in an amount of 200 to 400 parts by weight of FA, and 10 to 40 parts by weight of an alkylamine catalyst, based on 100 parts by weight of n-BAL. After completion of the addition, the reaction is carried out at a reaction temperature of 15° C. to 70° C. for a reaction time of 90 minutes to 200 minutes to obtain a dimethylol butanal mixture.

다음으로, 상기에서 얻어진 디메틸올부탄알 혼합 생성물은 배관(13)을 통해 추출기(200)로 투입된다. 추출 용매로서 탄소수 2 내지 10의 알킬아세테이트가 배관(18)을 통해 추출기(200)로 공급된다. 이 때, 추출기(200)의 추출은 분별 깔때기를 이용한 추출 방식일 수 있다. 그 후, 추출 온도 20℃ 내지 50℃에서 추출 시간 10분 내지 90분 동안, 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비는 0.1 내지 5로 하여, DMB를 추출한다. 추출된 DMB는 배관(14)을 통해 추출기(200)로부터 배출된다. 추출기(200)에서 추출되지 않고 남은 반응원료(예컨대, FA, 알킬아민)는 배관(17)을 통해 다시 반응기(100)로 투입될 수 있다.Next, the dimethylol butanal mixture obtained above is introduced into the extractor 200 through the pipe 13 . As an extraction solvent, alkyl acetate having 2 to 10 carbon atoms is supplied to the extractor 200 through a pipe 18 . At this time, the extraction of the extractor 200 may be an extraction method using a separatory funnel. Thereafter, at an extraction temperature of 20° C. to 50° C. for an extraction time of 10 to 90 minutes, the weight ratio of alkylacetate to the mixed product of dimethylol butanal is 0.1 to 5, and DMB is extracted. The extracted DMB is discharged from the extractor 200 through the pipe 14 . Reaction raw materials (eg, FA, alkylamine) that are not extracted in the extractor 200 may be introduced back into the reactor 100 through the pipe 17 .

다음으로, 상기에서 얻어진 DMB는 배관(14)을 통해 수소화 반응기(300)로 투입된다. 이 때, 수소화 반응기(300)는 batch type 반응기 일 수 있다. 수소화 반응은 금속 촉매 하에서 반응 온도 80℃ 내지 150℃ 및 반응 압력 20bar 내지 70bar 조건으로 수행하여, TMP를 제조한다. 얻어진 TMP는 배관(15)을 통해 수소화 반응기(300)로부터 배출되고, 추출 후 남은 라피네이트(raffinate)는 배관(16)을 통해 수소화 반응기(300)로부터 배출된다.Next, the DMB obtained above is introduced into the hydrogenation reactor 300 through the pipe 14 . At this time, the hydrogenation reactor 300 may be a batch type reactor. The hydrogenation reaction is performed under the conditions of a reaction temperature of 80° C. to 150° C. and a reaction pressure of 20 bar to 70 bar under a metal catalyst, thereby preparing TMP. The obtained TMP is discharged from the hydrogenation reactor 300 through the pipe 15 , and raffinate remaining after extraction is discharged from the hydrogenation reactor 300 through the pipe 16 .

상기와 같이, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, TMP 제조방법 중, 알돌 반응 후, TMP 전단계의 물질인 DMB를 추출을 통해 효과적으로 분리한다. 특히, 최적의 추출 용매(에틸아세테이트)와, 추출 조건(디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비)을 선정함으로써, DMB를 효과적으로 추출함으로써, 최종적으로는 TMP 수율을 극대화할 수 있다.As described above, according to an exemplary embodiment of the present specification, after the aldol reaction in the TMP manufacturing method, DMB, a material in the pre-TMP step, is effectively separated through extraction. In particular, by selecting an optimal extraction solvent (ethyl acetate) and extraction conditions (weight ratio of alkyl acetate to dimethylol butanal mixed product), DMB can be effectively extracted, ultimately maximizing the TMP yield.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present specification in detail. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present specification to those of ordinary skill in the art.

<실시예 1><Example 1>

1L 반응기에 n-BAL 100g 및 FA 280g을 투입한 뒤, 트리에틸아민(triethylamine, TEA) 28g을 천천히 적가하였다. 반응 온도 35℃에서 3시간 동안 반응하여 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 합성하였다. 이후 온도를 상온으로 감온하였다.After putting 100 g of n-BAL and 280 g of FA into a 1L reactor, 28 g of triethylamine (TEA) was slowly added dropwise. A dimethylol butanal mixture was synthesized by reacting at a reaction temperature of 35° C. for 3 hours. Thereafter, the temperature was reduced to room temperature.

얻어진 디메틸올부탄알 혼합 생성물(feed)을 분별 깔때기(Separatory funnel)에 200g 투입한 뒤, 추출 용매(solvent)로 에틸아세테이트(ethyl acetate)를 50g 투입하였다. 5분간 핸드쉐이킹(hand shaking) 후, 30분간 방치하여 추출물(extract)과 라피네이트(raffinate)를 분리하여, DMB를 분리하였다.200 g of the obtained dimethylol butanal mixed product (feed) was put into a separatory funnel, and then 50 g of ethyl acetate was added as an extraction solvent. After hand shaking for 5 minutes, it was left for 30 minutes to separate the extract and the raffinate to separate the DMB.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트를 100g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 100 g of ethyl acetate was added as an extraction solvent.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트를 150g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 150 g of ethyl acetate was added as an extraction solvent.

<실시예 4><Example 4>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트를 300g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 300 g of ethyl acetate was added as an extraction solvent.

<비교예 1><Comparative Example 1>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 디클로로메탄(dichloromethane)을 250g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 250 g of dichloromethane was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 2><Comparative Example 2>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 톨루엔(toluene)을 250g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 250 g of toluene was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 3><Comparative Example 3>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 2-에틸헥사놀(2-ethylhexanol)을 100g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 100 g of 2-ethylhexanol was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 4><Comparative Example 4>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 2-에틸헥사놀(2-ethylhexanol)을 150g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 150 g of 2-ethylhexanol was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 5><Comparative Example 5>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 tert-부틸메틸이써(tert-butylmethylether)를 100g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 100 g of tert-butylmethylether was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 6><Comparative Example 6>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 tert-부틸메틸이써(tert-butyl methylether)를 150g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 150 g of tert-butyl methylether was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 7><Comparative Example 7>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone)을 100g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 100 g of methyl isobutyl ketone was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

<비교예 8><Comparative Example 8>

실시예 1에서, 추출 용매로 에틸아세테이트 대신 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone)을 150g 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 DMB를 분리하였다.In Example 1, DMB was separated in the same manner as in Example 1, except that 150 g of methyl isobutyl ketone was added instead of ethyl acetate as an extraction solvent.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8에 의해 얻어진 추출 결과(추출 효율)를 하기 표 1에 기재하였다.The extraction results (extraction efficiency) obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 8 are shown in Table 1 below.

구분division 추출용매
(solvent)
extraction solvent
(solvent)
Solvent/feed ratio
(g/g)
Solvent/feed ratio
(g/g)
DMB 추출 효율(%)DMB extraction efficiency (%)
실시예 1Example 1 ethyl acetateethyl acetate 0.250.25 59.559.5 실시예 2Example 2 ethyl acetateethyl acetate 0.50.5 73.673.6 실시예 3Example 3 ethyl acetateethyl acetate 0.750.75 81.981.9 실시예 4Example 4 ethyl acetateethyl acetate 1.51.5 87.587.5 비교예 1Comparative Example 1 dichloromethanedichloromethane 1.251.25 52.652.6 비교예 2Comparative Example 2 toluenetoluene 1.251.25 1.01.0 비교예 3Comparative Example 3 2-ethylhexanol2-ethylhexanol 0.50.5 59.859.8 비교예 4Comparative Example 4 2-ethylhexanol2-ethylhexanol 0.750.75 64.264.2 비교예 5Comparative Example 5 tert-butyl methylethertert-butyl methylether 0.50.5 66.266.2 비교예 6Comparative Example 6 tert-butyl methylethertert-butyl methylether 0.750.75 71.871.8 비교예 7Comparative Example 7 methyl isobutyl ketonemethyl isobutyl ketone 0.50.5 69.669.6 비교예 8Comparative Example 8 methyl isobutyl ketonemethyl isobutyl ketone 0.750.75 75.875.8

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8에 의하면, 알돌 반응에 의한 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 분별깔때기를 이용한 추출에서, 비교예 1 내지 8에 사용된 용매와 대비하여, 실시예 1 내지 4에 사용된 에틸아세테이트를 추출 용매로 사용한 경우, 높은 DMB 추출 효율로 DMB를 분리할 수 있다.According to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 8, in the extraction of the dimethylol butanal mixture product by the aldol reaction using a separatory funnel, in comparison with the solvent used in Comparative Examples 1 to 8, Examples 1 to When ethyl acetate used in step 4 is used as an extraction solvent, DMB can be separated with high DMB extraction efficiency.

또한, 추출시 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 에틸아세테이트의 중량비를 조절하는 경우, TMP 전단계 물질로서 DMB를 효과적으로 추출할 수 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that when the weight ratio of ethyl acetate to the mixed product of dimethylol butanal is adjusted during extraction, DMB can be effectively extracted as a material prior to TMP.

특히, 실시예 2와 같이 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 에틸아세테이트의 중량비(Solvent/feed ratio)가 0.5인 경우, 비교예 3, 5, 7에 비하여 DMB 추출 효율이 높은 것을 알 수 있다.In particular, as in Example 2, when the weight ratio (Solvent/feed ratio) of ethyl acetate to the mixed product of dimethylol butanal is 0.5, it can be seen that the DMB extraction efficiency is higher than in Comparative Examples 3, 5, and 7.

실시예 3 및 4와 같이 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 에틸아세테이트의 중량비(Solvent/feed ratio)가 0.75 내지 1.5인 경우, 비교예 1 내지 8에 비하여 DMB 추출 효율이 현저히 높은 것을 알 수 있다.As in Examples 3 and 4, when the weight ratio (Solvent/feed ratio) of ethyl acetate to the mixed product of dimethylol butanal is 0.75 to 1.5, it can be seen that the DMB extraction efficiency is significantly higher than in Comparative Examples 1 to 8.

결과적으로, 최적의 추출 용매와, 추출 조건(디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 에틸아세테이트의 중량비)을 선정함으로써, TMP 전단계의 물질인 DMB를 효과적으로 추출함으로써, 궁극적으로 이 후의 수소화 반응을 통해 최종적으로는 TMP 수율을 극대화할 수 있다.As a result, by selecting the optimal extraction solvent and extraction conditions (weight ratio of ethyl acetate to the dimethylol butanal mixture), DMB, a material in the pre-TMP step, is effectively extracted, and ultimately through the subsequent hydrogenation reaction. can maximize the TMP yield.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims and the detailed description of the invention, and this also falls within the scope of the invention. .

100: 반응기
200: 추출기
300: 수소화 반응기
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18: 배관
100: reactor
200: extractor
300: hydrogenation reactor
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18: pipe

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (A) n-부틸알데히드(n-BAL)와 포름알데히드(FA)를 알킬아민 촉매 하에 반응시켜, 디메틸올부탄알(DMB)을 포함하는 디메틸올부탄알 혼합 생성물을 수득하는 단계;
(B) 상기 디메틸올부탄알 혼합 생성물로부터 알킬아세테이트(alkyl acetate)를 사용한 추출을 이용하여 디메틸올부탄알을 분리하는 단계; 및
금속 촉매 하에서 온도 80℃ 내지 150℃ 및 압력 20bar 내지 70bar 조건으로 수소화 반응시켜 트리메틸올프로판(TMP)을 제조하는 단계를 포함하는 것인 트리메틸올프로판의 제조방법으로,
상기 (B) 단계에서 디메틸올부탄알 혼합 생성물에 대한 알킬아세테이트의 중량비가 0.1 내지 5이며,
상기 추출은 디메틸올부탄알을 59% 이상의 효율로 추출하는 것인 트리메틸올프로판의 제조방법.
(A) reacting n-butylaldehyde (n-BAL) and formaldehyde (FA) under an alkylamine catalyst to obtain a dimethylolbutanal mixture product including dimethylolbutanal (DMB);
(B) separating dimethylol butanal from the dimethylol butanal mixture product by extraction using alkyl acetate; and
A method for producing trimethylolpropane comprising the step of preparing trimethylolpropane (TMP) by performing a hydrogenation reaction at a temperature of 80°C to 150°C and a pressure of 20bar to 70bar under a metal catalyst,
The weight ratio of the alkyl acetate to the dimethylol butanal mixture in step (B) is 0.1 to 5,
The extraction is a method for producing trimethylolpropane that extracts dimethylolbutanal with an efficiency of 59% or more.
청구항 8에 있어서, 상기 알킬아세테이트는 탄소수 2 내지 10의 알킬아세테이트인 것인 트리메틸올프로판의 제조방법.The method of claim 8, wherein the alkyl acetate is an alkyl acetate having 2 to 10 carbon atoms. 청구항 8에 있어서, 상기 알킬아세테이트는 에틸아세테이트(ethyl acetate)인 것인 트리메틸올프로판의 제조방법.The method of claim 8, wherein the alkyl acetate is ethyl acetate. 청구항 8에 있어서, 상기 (A) 단계는 n-부틸알데히드 100 중량부와 포름알데히드 200 내지 400 중량부를 알킬아민 촉매 10 내지 40 중량부 하에 반응시키는 것인 트리메틸올프로판의 제조방법.The method according to claim 8, wherein in step (A), 100 parts by weight of n-butylaldehyde and 200 to 400 parts by weight of formaldehyde are reacted in the presence of 10 to 40 parts by weight of an alkylamine catalyst. 청구항 8에 있어서, 상기 추출은 분별 깔때기(separatory funnel)를 이용한 추출인 것인 트리메틸올프로판의 제조방법.The method for producing trimethylolpropane according to claim 8, wherein the extraction is extraction using a separatory funnel.
KR1020170132373A 2017-10-12 2017-10-12 Preparing method of dimethylolbutanal and preparation method of trimethylolpropane using the same KR102359896B1 (en)

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