KR20010071265A - Method of Preparing Alkyl Carboxylic Acids by Carboxylation of Lower Alkanes Methane - Google Patents

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KR20010071265A
KR20010071265A KR1020007012797A KR20007012797A KR20010071265A KR 20010071265 A KR20010071265 A KR 20010071265A KR 1020007012797 A KR1020007012797 A KR 1020007012797A KR 20007012797 A KR20007012797 A KR 20007012797A KR 20010071265 A KR20010071265 A KR 20010071265A
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methane
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heterogeneous catalyst
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KR1020007012797A
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제임스 제이. 스피베이
마카란드 알. 고게이트
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데이비드에이치.파세트
리써치트라이앵글인스티튜트
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Abstract

본 발명은 불균일 촉매의 존재하에 이산화탄소와 알칸을 반응시켜 저급 알킬 카르복실산을 형성하는 것을 포함하는, 메탄과 같은 알칸의 카르복실화에 의해 직접적으로 아세트산과 같은 알킬 카르복실산을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing alkyl carboxylic acids such as acetic acid directly by carboxylation of alkanes such as methane, comprising reacting carbon dioxide with alkanes in the presence of a heterogeneous catalyst to form lower alkyl carboxylic acids. It is about.

Description

메탄과 같은 저급 알칸의 카르복실화에 의한 알킬 카르복실산의 제조 방법 {Method of Preparing Alkyl Carboxylic Acids by Carboxylation of Lower Alkanes Methane}Method for preparing alkyl carboxylic acid by carboxylation of lower alkanes such as methane {Method of Preparing Alkyl Carboxylic Acids by Carboxylation of Lower Alkanes Methane}

유기산은 화학 공정 중 중간체 및 용매로서 널리 사용된다. 이들 산 중에서 가장 널리 사용되는 것 중 하나가 아세트산인데, 이것은 현재 전세계에서 매년 6 ×106톤의 양으로 생산되는 고가의 대량의 화학약품이다. 아세트산은 비닐 아세테이트, 아세트산 무수물, 및 셀룰로오즈 아세테이트의 제조에서 출발 물질로서, 그리고 산업 용매 및 제약 용매로서 광범위하게 사용된다.Organic acids are widely used as intermediates and solvents in chemical processes. One of the most widely used of these acids is acetic acid, which is an expensive bulk chemical currently produced in quantities of 6 x 10 6 tonnes annually around the world. Acetic acid is widely used as starting material in the production of vinyl acetate, acetic anhydride, and cellulose acetate, and as industrial and pharmaceutical solvents.

메탄 및 다른 알칸을 산으로 간접적으로 전환시키는 선행 기술이 존재하긴 하지만, 메탄 또는 다른 저분자량 알칸으로부터 고상 촉매상에서 아세트산을 직접 합성하는 선행 기술은 존재하지 않는다. 미국 특허 제5,659,077호는 (a) 메탄 가스 및 (b) 기체상 산소, 공기 또는 이들의 혼합물로 구성된 공급 혼합물을 승온 및 압력하에 반응 대역에서 합성 가스를 생성하지 않고 부분 산화시켜 메탄올, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄 및 수증기를 함유하는 반응 혼합물을 형성함으로써 아세트산을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 반응 혼합물에서 적어도 일부의 수증기를 제거하고, 남아 있는 부분 산화 반응 혼합물을 외부 공급원으로부터의 추가의 메탄올과 함께 승온 및 압력에서 카르보닐화 반응 대역을 통해 공급하여 아세트산 및(또는) 메틸 아세테이트 및 메탄올을 함유하는 반응 생성물을 형성한다. 부분 산화에 의해 생성된 메탄올과 추가의 메탄올이 부분 산화에 의해 생성된 일산화탄소를 모두 거의 전환시키기에 충분할 정도의 양으로 추가의 메탄올을 제공한다. 과량의 메탄 및 이산화탄소를 카르보닐화 반응 대역에서 부분 산화 반응 대역으로 재순환시키고, 카르보닐화 반응 생성물 중의 메탄올을 카르보닐화 반응 대역으로 재순환시켜 아세트산 및(또는) 메틸 아세테이트를 생성물로서 회수한다. 이 공정은 사실상 메탄을 메탄올로 부분 산화시키고, 이어서 아세트산으로 카르복실화시킴으로써 아세트산을 제조한다. 본 발명과는 달리, 산소가 필요하며, 메탄올이 분리 가능한 중간 생성물로서 생성된다. 그 다음, 통상적인 상업 기술과 원칙적으로 비슷한 방식으로 메탄올을 카르보닐화시켜 아세트산을 형성한다.Although prior art exists that indirectly converts methane and other alkanes into acids, there is no prior art that directly synthesizes acetic acid on solid catalysts from methane or other low molecular weight alkanes. U.S. Patent No. 5,659,077 discloses that a feed mixture consisting of (a) methane gas and (b) gaseous oxygen, air, or mixtures thereof is partially oxidized at elevated temperature and pressure without producing syngas in the reaction zone without producing synthesis gas. A process for producing acetic acid is disclosed by forming a reaction mixture containing methane and water vapor. At least some water vapor is removed from the reaction mixture and the remaining partial oxidation reaction mixture is fed through a carbonylation reaction zone at elevated temperature and pressure with additional methanol from an external source to give acetic acid and / or methyl acetate and methanol The reaction product containing is formed. Methanol produced by partial oxidation and additional methanol provide additional methanol in an amount sufficient to nearly convert both the carbon monoxide produced by partial oxidation. Excess methane and carbon dioxide are recycled from the carbonylation reaction zone to the partial oxidation zone and methanol in the carbonylation reaction product is recycled to the carbonylation reaction zone to recover acetic acid and / or methyl acetate as product. This process actually produces acetic acid by partially oxidizing methane with methanol and then carboxylating with acetic acid. Unlike the present invention, oxygen is required and methanol is produced as a separable intermediate product. The methanol is then carbonylated in a manner analogous to conventional commercial techniques to form acetic acid.

미국 특허 제5,510,525호에는 저급 알칸을 탄소 원자를 하나 더 갖는 산으로 직접적인 산화 카르보닐화시키는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는 반응물로서 CO 및 산소가 모두 필요하고, 수성 매질 중에서 할라이드 이온 및(또는) 금속 (산화제로서 산소와 함께)에 의해 촉진되는 균일 금속 염 촉매 시스템을 이용한다.이 방법이 메탄을 아세트산으로 전환시키기는 하지만, 이 역시 미국 특허 제5,659,077호와 마찬가지로 산소를 사용하며 개별 단계로서 카르보닐화가 필요하다. 미국 특허 제5,659,077호나 동 제5,590,525호 모두 CO2의 사용을 고려하지 않으며, 모두 산소를 메탄과 반응시키는 것이 절대적으로 필요하다. 또한, 미국 특허 제5,510,525호에서는 본 발명의 고상 불균일 촉매와 달리 수성 균일 촉매계가 필요하다.U.S. Patent 5,510,525 describes a process for the direct oxidation of lower alkanes to carbonylated acids with one more carbon atom. This method uses a homogeneous metal salt catalyst system which requires both CO and oxygen as reactants and is promoted by halide ions and / or metals (with oxygen as oxidants) in an aqueous medium. This method converts methane to acetic acid. However, this also uses oxygen as in US Pat. No. 5,659,077 and requires carbonylation as a separate step. Neither US 5,659,077 nor US 5,590,525 considers the use of CO 2 , and it is absolutely necessary to react oxygen with methane. In addition, US Pat. No. 5,510,525 requires an aqueous homogeneous catalyst system, unlike the solid phase heterogeneous catalyst of the present invention.

미국 특허 제5,393,922호는 온화한 온도 조건 (70 내지 200℃)에서 액상 금속 또는 금속 염 촉매를 사용하여 과산화수소 (또는 이수소 또는 이산소)에 의해 탄화수소, 특히 C1-C6알칸 및 단일 고리 방향족을 직접적인 촉매 산화시켜 산을 얻는 방법을 기재하고 있다. 이 방법은 미국 특허 제5,510,525호와 유사하지만, 여기에서는 수성 금속 염 촉매 시스템을 이용하고, CO 및 이산소가 존재해야 한다. 아세트산은 에탄으로부터만 형성되고, 메탄은 반응하여 포름산을 형성한다. 따라서, 미국 특허 제5,393,922호는 예를 들면 메탄으로부터 아세트산 또는 그 이상의 산을 형성하는 탄소-탄소 결합의 형성을 고려하지 않고, 그러므로 메탄과 같은 소정의 탄소수의 알칸이 CO2와 반응하여 탄소수가 더 큰 지방족 산을 형성하는 본 발명과는 다르다.US Pat. No. 5,393,922 discloses hydrocarbons, in particular C 1 -C 6 alkanes and monocyclic aromatics, by hydrogen peroxide (or dihydrogen or dioxygen) using a liquid metal or metal salt catalyst at mild temperature conditions (70-200 ° C.). A method for obtaining an acid by direct catalytic oxidation is described. This method is similar to US Pat. No. 5,510,525, but uses an aqueous metal salt catalyst system, where CO and dioxygen must be present. Acetic acid is formed only from ethane and methane reacts to form formic acid. Thus, U. S. Patent 5,393, 922 does not consider the formation of carbon-carbon bonds that form acetic acid or more acids from methane, for example, and therefore certain carbon number alkanes, such as methane, react with CO 2 to give more carbon number. It differs from the present invention which forms large aliphatic acids.

알칸으로부터 지방족 산을 제조하는 데 이용되는 현재의 상업 기술의 예로서, 아세트산은 각 단계마다 전형적으로 개별적인 촉매 및 반응물이 사용되는 일련의 독립적인 단계를 통해 메탄으로부터 널리 제조된다:As an example of current commercial techniques used to prepare aliphatic acids from alkanes, acetic acid is widely prepared from methane in a series of independent steps, typically in which each catalyst and reactant are used:

단계 (1)에서, 메탄은 전형적으로 니켈기재 촉매를 사용하여 합성 가스, 즉 CO와 수소의 혼합물로 전환된다. 이 합성 가스는 석탄 또는 다른 탄소질 물질을 널리 알려진 통상적인 기술을 이용하여 기체화시킴으로써도 형성될 수 있다. 합성 가스는 이어서 단계 (2)에 나타낸 바와 같이 대개는 Cu-기재 촉매를 사용하여 메탄올을 포함한 여러가지 화학약품을 제조하는 데 사용된다. 마지막으로, 균일 Rh-기재 촉매를 사용하여 카르보닐화 단계에서 메탄올을 CO와 반응시킨다. 이 3단계 공정이 현재 아세트산 시장의 약 98%를 차지한다. 전형적으로 합성가스(syngas) 발생만으로도 아세트산 전체 생산 비용의 60% 이상이 든다. 아세트산과 같은 지방족 산의 합성 비용을 감소시키기 위해서는 이 단계를 없애는 것이 명백히 바람직하다.In step (1), methane is typically converted to a synthesis gas, ie a mixture of CO and hydrogen, using a nickel based catalyst. This syngas can also be formed by gasifying coal or other carbonaceous materials using conventional techniques that are well known. Syngas is then used to produce a variety of chemicals, including methanol, usually using a Cu-based catalyst as shown in step (2). Finally, methanol is reacted with CO in the carbonylation step using a homogeneous Rh-based catalyst. This three-step process currently accounts for about 98% of the acetic acid market. Typically, syngas generation alone costs more than 60% of the total production cost of acetic acid. It is clearly desirable to eliminate this step in order to reduce the synthesis cost of aliphatic acids such as acetic acid.

단계 (3)에서, 이러한 통상적인 방법은 액상에 용해된 고가의 Rh 촉매를 사용하거나, 종종 요오드 기재 촉진제를 사용하는 아세트산을 형성하기 위한 메탄올과 CO의 반응에 의존한다. 이 방법의 경제적 비용은 촉매의 성공적인 회수 및 재순환에 달려 있다. 고상의 불균일 촉매의 개발의 중요성의 예로서, 분리 유닛의 비용이 반응 유닛의 비용의 110% 이상일 수 있다. 또한, Rh-기재 촉매는 비싸고,I-기재 촉진제 (대개 CH3I)는 유독하고 부식성이 있으며, 값비싼 야금술을 필요로 하므로, 따라서 고비용이 든다.In step (3), this conventional method relies on the reaction of methanol and CO to form acetic acid using an expensive Rh catalyst dissolved in the liquid phase or often using an iodine based promoter. The economic cost of this method depends on the successful recovery and recycling of the catalyst. As an example of the importance of developing solid phase heterogeneous catalysts, the cost of the separation unit may be at least 110% of the cost of the reaction unit. In addition, Rh-based catalysts are expensive, and I-based promoters (usually CH 3 I) are toxic and corrosive and require expensive metallurgy and therefore are expensive.

이론적으로, 아세트산은 합성가스를 먼저 메탄올로 전환시키고, 그 다음 불균일 촉매를 사용하여 기체상에서 메탄올을 아세트산으로 카르보닐화시키는 2단계 반응 순서를 이용하여 제조될 수도 있다. 기체상 메탄올 카르보닐화가 지난 몇년 동안 실험실 규모의 집중적인 연구 주제이긴 했지만, 어떠한 촉매도 산업적 관심이 되는 것으로 보고되지는 않았다. 기체상 반응용 촉매는 실리카, 알루미나 및 SiO2-Al2O3에 지지된 RhCl3를 포함한다. Ni도 이 반응의 활성 촉매로 보고되었다 [Fujimoto et al., 1987]. 또한 활성 탄소(AC) 상에 지지된 니켈이 이 반응용으로 연구되었으며, 주석은 촉진제로서 연구되었다 [Liu and Chiu, 1994a, 1994b]. 촉매가 활성이라도, Ni의 비활성 형태로의 환원, 및 AC 지지체에 의한 Ni의 환원으로 Ni 카르바이드의 형성을 통한 심각한 비활성화가 관찰되었다.In theory, acetic acid may be prepared using a two-step reaction sequence in which the synthesis gas is first converted to methanol and then carbonylated to acetic acid in the gas phase using a heterogeneous catalyst. Although gaseous methanol carbonylation has been the subject of laboratory-scale intensive research over the past few years, no catalyst has been reported to be of industrial interest. Catalysts for gas phase reactions include silica, alumina and RhCl 3 supported on SiO 2 -Al 2 O 3 . Ni has also been reported as an active catalyst for this reaction (Fujimoto et al., 1987). Nickel supported on activated carbon (AC) has also been studied for this reaction and tin has been studied as a promoter [Liu and Chiu, 1994a, 1994b]. Although the catalyst was active, severe inactivation through the formation of Ni carbides was observed with the reduction of Ni to an inactive form, and the reduction of Ni by the AC support.

따라서, 지금까지 메탄올의 기체상 카르보닐화를 위한 산업상 실용적인 불균일 촉매는 개발되지 않았다. 그러한 불균일 촉매가 개발되었다 하더라도, 메탄을 아세트산으로 전환시키는 전체적인 공정은 여전히 간접적이며, 상기의 단계 (1) 및 (2)를 거쳐야 한다. 따라서, 저급 알칸 (메탄 등)과 CO2의 직접적인 반응을 통해 아세트산과 같은 지방족 산을 생성하기 위한 고상 불균일 촉매를 기초로 하는 방법이 명백히 필요하다. 이것은 또한 저렴한 공급원료를 기재로 하여 아세트산을 생산하는 환경적으로 양호한 경로를 제공한다.Thus, until now, no industrially practical heterogeneous catalyst for gas phase carbonylation of methanol has been developed. Even if such heterogeneous catalysts have been developed, the overall process of converting methane to acetic acid is still indirect and must go through steps (1) and (2) above. Thus, there is a clear need for a process based on solid phase heterogeneous catalysts for producing aliphatic acids such as acetic acid through direct reaction of lower alkanes (such as methane) with CO 2 . It also provides an environmentally sound route to producing acetic acid based on inexpensive feedstock.

아세트산을 합성하는 또다른 개념적 경로는 메탄, CO 및 소량의 산소와의 반응을 포함한다. 이런 유형의 카르복실산으로의 산화성 전환은 메탄 및 에탄과 같은 여러 저급 알칸에 대한 균일 촉매를 사용하는 것이 보고되었다 [Nishiguchi et al., 1992; Kurioka et al., 1995; Lin et al., 1997; Sen and Lin, 1996]. 예를 들면, 80℃에서 트리플루오로아세트산 (TFA) (5 ml) 중의 Pd(OAc)2, Cu(OAc)2(각각 0.05 mmol) 및 K2S2O8(9 mmol)의 존재하에 CH4(20 atm)과 CO (15 atm)를 반응시켜 아세트산을 높은 수율로 얻는다. 그 결과가 하기 표 1에 요약되어 있다. 그러나, 반응 시간이 20 내지 40 시간이었다. 또한, Cu(OAc)2, Pd(OAc)2및 K2S2O8과 같은 균일 촉매가 필요하고, 반응 매질 (트리플루오로아세트산(TFA) 등) 중에서 사용된다. 생성물 (아세트산)이 반응 혼합물 중에 용해되는 경우, 균일 반응 매질을 사용하면 비용 및 에너지 집약적인 분리법을 이용해야 하고, 이로 인해 전체적인 공정 설계에서 비용이 증가하고 복잡해지게 된다.Another conceptual route to synthesizing acetic acid involves the reaction with methane, CO and small amounts of oxygen. Oxidative conversion to this type of carboxylic acid has been reported using homogeneous catalysts for various lower alkanes such as methane and ethane [Nishiguchi et al., 1992; Kurioka et al., 1995; Lin et al., 1997; Sen and Lin, 1996]. For example, at 80 ° C. in the presence of Pd (OAc) 2 , Cu (OAc) 2 (0.05 mmol each) and K 2 S 2 O 8 (9 mmol) in trifluoroacetic acid (TFA) (5 ml) Reaction of 4 (20 atm) with CO (15 atm) yields acetic acid in high yield. The results are summarized in Table 1 below. However, the reaction time was 20 to 40 hours. In addition, homogeneous catalysts such as Cu (OAc) 2 , Pd (OAc) 2 and K 2 S 2 O 8 are required and are used in the reaction medium (such as trifluoroacetic acid (TFA)). If the product (acetic acid) is dissolved in the reaction mixture, the use of a homogeneous reaction medium requires the use of cost and energy intensive separation methods, which adds cost and complexity to the overall process design.

CH4및 COa로부터의 아세트산 합성Acetic acid synthesis from CH 4 and CO a 수행Perform K2S2O8/mmolK 2 S 2 O 8 / mmol 시간 (h)Time (h) AcOH 수율(%)b AcOH yield (%) b 1One --- 2020 240240 22 --- 4040 410410 33 --- 20c 20 c --- 44 9d 9 d 2020 120120 aCH4(20 atm), CO (15 atm), O2(15 atm), Pd(OAc)2= Cu(OAc)2= 0.05 mmol, TFA (5 ml), 80℃.bPd 금속 함량을 기준으로 한 수율.c촉매 사용 안 함.d산소 사용 안 함. a CH 4 (20 atm), CO (15 atm), O 2 (15 atm), Pd (OAc) 2 = Cu (OAc) 2 = 0.05 mmol, TFA (5 ml), 80 ° C. b Yields based on Pd metal content. c No catalyst used. d No oxygen.

이 결과가 이 경로의 가능성을 나타내고는 있으나, 반응 시간이 20 내지 40시간이나 걸리므로 이들 촉매는 산업상 실용적이지 못하다. 또한, 이것은 고상의 불균일 촉매를 사용하는 본 발명과는 다르다.Although these results indicate the possibility of this route, these catalysts are not practical in industry as the reaction time takes 20-40 hours. This is also different from the present invention using a solid heterogeneous catalyst.

CO를 가하지 않고 산화제로서 산소를 사용하여 메탄을 아세트산으로 직접 전환시키는 것도 다른 연구자들에 의해 연구되었다 [Lin et al., 1997; Lin and Sen, 1994; Sen and Lin, 1996]. 메탄을 산화성 카르보닐화시켜 선택적으로 아세트산을 제조하는 것은 유리관 스테인레스강 (SS) 반응기(bomb) 내에서 95℃에서 수행하였다. 800 psi (54 atm)의 CH4, 150 psi (10 atm)의 CO, 및 50 psi (3.6 atm)의 산소를 RhCl3, HCl, 및 HI, 및 용매로서 D2O 5 ml를 포함하고 있는 반응기에 가하였다. 핵자기 공명(NMR) 분광기를 통해 측정된 바에 따르면, 420 시간 후에 반응 생성물 중에 메탄올은 생성되지 않고 아세트산만이 미량의 포름산과 함께 회수되었다. 이 결과는 CO 및 O2가 CH4를 카르복실화시키는 데 사용될 수 있음을 명백히 시사하고 있으나, 마찬가지로 균일 촉매가 필요하다. 불균일 촉매를 사용하여 메탄을 활성화시키는 것은 실험적으로 설명되지 않았다.Direct conversion of methane to acetic acid using oxygen as the oxidant without adding CO has also been studied by other researchers [Lin et al., 1997; Lin and Sen, 1994; Sen and Lin, 1996]. Optionally producing acetic acid by oxidative carbonylation of methane was carried out at 95 ° C. in a glass tube stainless steel (SS) reactor. Reactor comprising 800 psi (54 atm) CH 4 , 150 psi (10 atm) CO, and 50 psi (3.6 atm) oxygen with RhCl 3 , HCl, and HI, and 5 ml of D 2 O as solvent Was added. As measured by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, after 420 hours no methanol was produced in the reaction product and only acetic acid was recovered with trace amounts of formic acid. The results clearly suggest that CO and O 2 can be used to carboxylate CH 4 , but likewise a homogeneous catalyst is required. Activation of methane using heterogeneous catalysts has not been explained experimentally.

이와 관련한 작업에서, Rh(110) 상에서 가역 반응 (즉, 아세테이트를 메틸기로 분해시킴)이 관찰되므로 [Bowker and Li, 1991], 흡착된 메틸기를 CO2와 반응시킴으로써 아세테이트를 형성하는 것이 하나의 가능성으로 제시되었다 [Bowker,1992]. Ni(110) 촉매 상에서 CH3I 및 CO2의 분해적 흡착으로부터 아세테이트를 형성하는 것도 고분해능 전자에너지 손실 분광기(HREELS)를 사용하여 증명되었지만 [Wambach and Freund, 1994], 아세테이트의 형성은 명확하게 확인되지는 않았다. 불균일 촉매가 메탄을 활성화시킬 수 있고 아세트산을 형성한다는 사실은 본 발명 이전에는 증명되지 않았다.In this regard, since a reversible reaction (ie, decomposition of acetate to methyl groups) is observed on Rh (110) [Bowker and Li, 1991], it is one possibility to form acetate by reacting adsorbed methyl groups with CO 2. [Bowker, 1992]. Formation of acetate from degradable adsorption of CH 3 I and CO 2 on Ni (110) catalysts has also been demonstrated using high resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS) [Wambach and Freund, 1994], but the formation of acetate is clearly identified. It didn't work. The fact that heterogeneous catalysts can activate methane and form acetic acid has not been demonstrated before the present invention.

본 발명은 고상의 불균일 촉매를 사용하여 합성 가스의 중간체를 형성하지 않고, 메탄과 같은 저분자량 알칸의 카르복실화를 통해 직접적으로 아세트산, 및 이보다 탄소수가 더 많은 지방족 산을 제조하는 방법, 예를 들어 CH4+ CO2→ CH3COOH에 관한 것이다.The present invention provides a process for producing acetic acid, and aliphatic acids having more carbon atoms, directly via carboxylation of low molecular weight alkanes such as methane, without forming intermediates of the synthesis gas using solid heterogeneous catalysts. CH 4 + CO 2 → CH 3 COOH.

도 1은 통합된 CO2회수 및 재활용 도식을 나타낸다.1 shows an integrated CO 2 recovery and recycling scheme.

도 2는 통합된 가스화 조합 주기 (IGCC)-아세트산 (AA) 공(共)-생산의 개념적 경제 비용의 도식을 나타낸다.Figure 2 shows a schematic economic cost of integrated gasification combination cycle (IGCC) -acetic acid (AA) co-production.

도 3은 여러 온도에서 아세트산에 노출시킨 후 5% Pd/C 촉매 상에서의 FTIR 스펙트럼을 나타낸다.3 shows FTIR spectra on a 5% Pd / C catalyst after exposure to acetic acid at various temperatures.

도 4는 여러 온도에서 아세테이트의 형성을 증명하는 5% Pd/C 상에서의 FTIR 스펙트럼을 나타낸다.4 shows FTIR spectra on 5% Pd / C demonstrating the formation of acetate at various temperatures.

<발명의 요약>Summary of the Invention

따라서, 본 발명은 불균일 (고체) 촉매를 사용하여 탄소수가 하나 더 많은 산을 직접 생산하는 데 CO2및 C1-C12알칸을 사용하여, 이들 알칸을 카르복실화시킴으로써 저급 알칸 산을 제조하는 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention uses a heterogeneous (solid) catalyst to produce lower alkanoic acids by carboxylating these alkanes using CO 2 and C 1 -C 12 alkanes to directly produce acids with one more carbon atoms. Provide a method.

본 발명은 메탄과 같은 알칸의 카르복실화에 의해 아세트산과 같은 산을 합성하는 방법을 제공한다. 상기에서 언급한 바와 같이, 아세트산을 공업적으로 합성하는 종래의 경로는 메탄 또는 다른 탄소 공급원을 먼저 합성가스 (수소와 일산화탄소(CO)의 혼합물)로 변형한 후 수소화시켜 메탄올을 얻고, CO를 사용하여 메탄올을 카르보닐화하고 균일 촉매를 사용하여 아세트산을 제조하는 간접적인 경로이다. 본 발명에서 제공되는 직접 경로를 통한 아세트산의 합성이 갖는 몇몇 장점은 하기와 같다.The present invention provides a process for synthesizing an acid, such as acetic acid, by carboxylation of an alkane, such as methane. As mentioned above, the conventional route to industrially synthesizing acetic acid converts methane or other carbon sources into syngas (a mixture of hydrogen and carbon monoxide) first and then hydrogenates to obtain methanol, using CO Is an indirect route to carbonylating methanol and producing acetic acid using a homogeneous catalyst. Some of the advantages of the synthesis of acetic acid via the direct route provided in the present invention are as follows.

첫째, 에너지- 및 비용-집약적 메탄 변형 단계가 불필요하다. 이러한 단계는 아세트산의 총 생산 비용에 대하여 60 % 이상을 차지할 수 있다.First, energy- and cost-intensive methane modification steps are unnecessary. This step may account for more than 60% of the total production cost of acetic acid.

둘째, 메탄올 카르보닐화 (MC)에서 현재 사용되는 로듐-기재 균일 촉매는 생성물을 보다 간단하게 분리하고 저렴한 비용으로 제조하는 불균일 촉매로 대체된다. 따라서, 중간체인 메탄올 또한 형성될 필요가 없으며, 카르보닐화도 필요하지 않다.Second, the rhodium-based homogeneous catalysts currently used in methanol carbonylation (MC) are replaced by heterogeneous catalysts that separate the product more simply and produce it at lower cost. Thus, the intermediate methanol also does not need to be formed and no carbonylation is required.

셋째, 요오드화메틸과 같이 유독하고, 부식성이며, 매우 위험한 요오드-기재 촉진제를 사용하는 MC 단계가 대체된다.Third, the MC stage using toxic, corrosive and very dangerous iodine-based promoters such as methyl iodide is replaced.

넷째, 본 발명의 직접 경로는 온실 기체인 CO2의 방출을 감소시키고, 또한 아세트산의 경우에 온실 기체인 메탄을 이용한다.Fourth, the direct route of the present invention reduces the emission of CO 2 , a greenhouse gas, and also uses methane, a greenhouse gas in the case of acetic acid.

다섯째, 본 발명의 고상 불균일 촉매는 훨씬 더 처리율이 높은 산업 공정으로 수정 가능하게 하고, 생성물 분리가 간단하며, 비교적 저렴하다.Fifth, the solid phase heterogeneous catalyst of the present invention makes it possible to be modified to much higher throughput industrial processes, to simplify product separation, and to be relatively inexpensive.

여섯째, 본 발명의 주요 환경적 장점은 현행 기술에 비교하여, 양산되는 위험 및 이차 오염이 감소된다는 것이다. 세계적인 아세트산 생산의 55% 이상이 값비싼 Rh 촉매를 사용하고, 유독한 I-기재 촉진제를 사용하며 비용-집약적인 분리법을 수반하는 메탄올 카르보닐화(MC) 기술을 이용한다. 이들 화합물의 작업상의 잠재적인 환경적 위험이 더 나은 아세트산 생산 방법을 개발하는 두번째의 명백한 환경적 동기를 제공한다.Sixth, the main environmental advantage of the present invention is that compared to current technology, the risk of mass production and secondary pollution is reduced. More than 55% of the world's acetic acid production uses methanol carbonylation (MC) technology, which uses expensive Rh catalysts, uses toxic I-based promoters and involves cost-intensive separation methods. The potential environmental risks of these compounds provide a second obvious environmental motivation to develop better acetic acid production methods.

본 발명에 따르면, 고상 불균일 촉매는 CO2및 메탄과 같은 알칸으로부터 아세트산과 같은 알킬 카르복실산을 직접 합성하는 데 사용된다.According to the invention, solid phase heterogeneous catalysts are used to directly synthesize alkyl carboxylic acids such as acetic acid from alkanes such as CO 2 and methane.

중요한 한 반응을 하기에 나타낸다.One important reaction is shown below.

이 반응에 대한는 CO2및 CH4의 평형 전환, 및 극히 소량의 아세트산의 평형 수율에 상응하는 +55.7 kJ/mol CO2이다. 이러한 평형의 한계에도 불구하고, 반응은 아세트산의 수율을 최대화시키는 비평형 조건에서 수행될 수 있다.For this reaction Is +55.7 kJ / mol CO 2 , which corresponds to the equilibrium conversion of CO 2 and CH 4 , and the equilibrium yield of extremely small amounts of acetic acid. Despite this equilibrium limitation, the reaction can be carried out in non-equilibrium conditions to maximize the yield of acetic acid.

메탄으로부터 아세트산을 합성하는 또다른 방법은 CO2대신에 또는 부가적으로 산화제로 산소 및 일산화탄소를 사용한다. 메탄, 일산화탄소 및 산소의 반응으로부터 아세트산을 형성하는는 사실상 음의 값인 -212.2 kJ/mol이고, 즉 이반응은 열역학적으로 선호된다. 물론, 반응기 설계 및 촉매 선택은 아세트산의 수율을 최대화하도록 사용될 수 있다. 아세트산을 제조하는 이러한 두 가지 다른 경로에 대한의 계산은 하기와 같이 요약된다.Another method of synthesizing acetic acid from methane uses oxygen and carbon monoxide as an oxidant instead of or in addition to CO 2 . To form acetic acid from the reaction of methane, carbon monoxide and oxygen Is actually a negative value of -212.2 kJ / mol, ie this reaction is thermodynamically preferred. Of course, reactor design and catalyst selection can be used to maximize the yield of acetic acid. For these two different routes to produce acetic acid The calculation of is summarized as follows.

1. CH4및 CO2로부터의 아세트산 합성1.Acetic acid synthesis from CH 4 and CO 2

2. CH4, CO 및 O2로부터의 아세트산 합성2. Acetic Acid Synthesis from CH 4 , CO and O 2

상기 2의 반응의 큰 음의 값을 갖는 자유 에너지는 평형 전환율이 매우 높은 열역학적으로 선호되는 반응이다. 하기하는 몇몇 비제한적인 실시예는 본 발명이 얼마나 아세트산의 생성에 유용할 수 있는 지를 예시한다.The large negative free energy of the reaction of 2 is a thermodynamically preferred reaction with a very high equilibrium conversion. Some non-limiting examples below illustrate how the present invention can be useful for the production of acetic acid.

<실시예 1>: 발전소에서 COExample 1 CO in a Power Plant 22 제거remove

주로, 통상적인 화력 발전소에서 CO2를 회수하는 데 사용될 수 있는 이러한 방법 중 한 가지를 도 1에 나타내었다. 1998년 미국의 총 CO2방출량은 발전소로부터 배출되는 약 1,700 메트릭 톤(Mt) CO2를 포함하여 대략 4,400 Mt이었다. 공장 발전소로부터 대규모의 CO2의 제거는 공업적으로 실행된다; 현재 CO2가 대량으로 회수되는 대규모 석탄을 기초로 하는 발전소가 2 개 있다. 하나는 CO2가 대량으로 회수되는 ABB 루머스 크레스트 쉐디 포인트, 오클라호마 (Lummus Crest's Shady Point, Oklahoma) 공정이다. 이 발전소의 CO2생산 비용은 CO21톤 당 $ 20 내지 $ 30의 범위로 측정된다. 이는 이러한 유형의 연소 공급원으로부터의 CO2제거에 대한 본 발명의 유용한 적용을 제공한다.Primarily, one of these methods that can be used to recover CO 2 in a conventional thermal power plant is shown in FIG. 1. 1998 total CO 2 emissions in the US was approximately 4,400 Mt, including about 1,700 metric tons (Mt) CO 2 emissions from power plants. Large-scale removal of CO 2 from plant power plants is carried out industrially; There are currently two large coal-based power plants with large CO 2 recovered. One is the ABB Rumus Crest's Shady Point, Oklahoma process where CO 2 is recovered in large quantities. CO 2 production costs of the power plant is measured in the range of CO 2 1 $ 20 to $ 30 per ton. This provides a useful application of the invention to the removal of CO 2 from this type of combustion source.

<실시예 2>: COExample 2 CO 22 제거의 개념적 경제학Conceptual Economics of Elimination

CO2제거 도식으로 도 2에 나타낸 일부 예비 비용 견적은 공정이 경제적으로 실행가능하고, 제공된 CO2/CH4반응이 극히 높은 선택성으로 양호한 수율로 정량적으로 아세트산을 형성할 수 있음을 나타낸다. 아세트산 생산을 위한 통합된 가스화 조합 주기 (IGCC) 발전소로부터 CO2재사용의 개념적 경제 비용을 도 2에 나타내었다. 경제 비용은 방출된 CO21톤 당 $ 50의 CO2방출에 대한 탄소세를 가정한다. 비록 예비적이지만, 이러한 비용은 상업적으로 실용적인 공정의 가능성을 나타낸다.Some preliminary cost estimates shown in FIG. 2 in a CO 2 removal scheme indicate that the process is economically viable and that the provided CO 2 / CH 4 reaction can form acetic acid quantitatively in good yield with extremely high selectivity. The conceptual economic cost of CO 2 reuse from an integrated gasification combined cycle (IGCC) power plant for acetic acid production is shown in FIG. 2. Economic costs assume a carbon tax on CO 2 emissions emitted CO 2 1 $ 50 per ton. Although preliminary, this cost represents the possibility of a commercially viable process.

<실시예 3>: 천연 가스 기류로부터의 COExample 3 CO from Natural Gas Airflow 22 제거remove

CO2는 또한 20 내지 30 % 이하의 CO2를 함유하는 천연 가스를 원료로 하는 천연 가스 가공 작업에서 부산물로 발생한다. 그러한 가스는 본 발명에서 관찰된 반응에 대하여 비용을 절감하고, 공정 설계를 간단하게 하며, 천연 가스 발생지가 먼 작업에 요구되는 유형의 가스를 액체로 전환시키는 직접적인 공정을 제공하는 공급원료로서 직접적으로 사용될 수 있다.CO 2 is also generated as a by-product in natural gas processing operations using natural gas containing up to 20 to 30% CO 2 . Such gases directly reduce the costs for the reactions observed in the present invention, simplify the process design, and provide a direct process as a feedstock that provides a direct process of converting the type of gas required for operations far from natural gas sources into liquids. Can be used.

상기에서 나타낸 바와 같이, 본 발명은 메탄과 같은 알칸을 직접 카르복실화시켜 아세트산과 같이 탄소수가 하나 더 많은 산을 형성하는 데에 불균일 촉매, 특히 8 내지 11족 전이 금속 촉매를 사용한다. 이러한 불균일 전이 금속 촉매는 함침, 초기 습윤 (incipient wetness) 및 공-침전을 비롯한 공지된 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.As indicated above, the present invention employs heterogeneous catalysts, in particular Group 8-11 transition metal catalysts, to directly carboxylate alkanes such as methane to form one more carbon acid such as acetic acid. Such heterogeneous transition metal catalysts may be prepared according to known production methods including impregnation, incipient wetness and co-precipitation.

일반적으로, 전이 금속 촉매는 주기율표상의 하나 이상의 전이 금속을 포함하는데, 특히 주목할 것은 Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag 및 Au와 같은 8 내지 11족 전이 금속이다. 이러한 전이 금속 촉매는 탄소, 실리카, 알루미나 또는 심지어 규조토와 같은 불활성 또는 산성/염기성 지지체 상에 지지될 수 있다. 일반적으로, 1종 이상의 전이 금속은 지지체에 대하여 0.5 내지 20%의 양으로 사용된다. 예를 들어, 5% Pd/AC가 주목될 수 있다.Generally, transition metal catalysts include one or more transition metals on the periodic table, with particular attention being given to Group 8-11 transitions such as Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag and Au Metal. Such transition metal catalysts may be supported on inert or acidic / basic supports such as carbon, silica, alumina or even diatomaceous earth. Generally, at least one transition metal is used in an amount of 0.5 to 20% with respect to the support. For example, 5% Pd / AC can be noted.

일반적으로, 반응 온도는 약 100 ℃ 내지 약 500 ℃일 수 있다. 주변 압력이 사용될 수 있지만, 약 0.5 내지 약 200 기압의 CO2및 CH4의 압력도 고압에서 높은 평형 전환율로 사용될 수 있다. 그러나, 약 10 내지 150 기압의 CO2및 CH4의압력을 사용하는 것이 바람직하다.In general, the reaction temperature may be from about 100 ° C to about 500 ° C. While ambient pressure may be used, pressures of CO 2 and CH 4 at about 0.5 to about 200 atmospheres may also be used at high equilibrium conversions at high pressures. However, preference is given to using pressures of CO 2 and CH 4 at about 10 to 150 atmospheres.

또한, 임의의 상대적인 양의 저급 알칸 및 CO2가 사용될 수 있지만, 일반적으로 각각 대략 등몰량으로 사용된다. "등몰"은 0.1 내지 10의 CH4/CO2의 몰비 범위를 의미한다. 일반적으로, 사용하는 촉매의 양은 전형적으로 촉매로서 사용하는 양이고, 다른 반응에서 공지된 촉매로 사용하는 것과 같다. 일반적으로, 각 반응물의 몰 당 약 10-6몰 내지 약 0.5 몰이 사용된다. 바람직하게는, 사용하는 양은 반응물의 몰 당 0.1 몰 이하로 사용된다.In addition, any relative amounts of lower alkanes and CO 2 may be used, but are generally used in approximately equimolar amounts, respectively. "Equal molar" means a molar ratio range of CH 4 / CO 2 of 0.1 to 10. In general, the amount of catalyst used is typically the amount used as a catalyst and is the same as that used with known catalysts in other reactions. Generally, about 10-6 moles to about 0.5 moles are used per mole of each reactant. Preferably, the amount used is at most 0.1 mole per mole of reactant.

본 발명자들은 CO2및 CH4의 혼합물로부터 아세트산의 아세테이트기의 형성을 입증하는 다양한 실험을 행하였다. 하기 실시예들은 단순히 예시의 목적이며 제한하려는 의도는 아니다.We conducted various experiments demonstrating the formation of an acetate group of acetic acid from a mixture of CO 2 and CH 4 . The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

<실시예 5>Example 5

아세트산은 5% Pd/AC 촉매 상에 흡착되어, 하기와 같이 5% Pd/C 상의 아세트산에 해당하는 적외선 흡수 밴드를 나타냈다. 아세트산의 흡착은 25 ℃에서 5% Pd/C 촉매 상에서, 고온 환경의 챔버 (HTEC)에서 수행하였다. 촉매를 KBr 분말 (IR 방사에 대하여 투명)과 혼합하고, HTEC 중의 샘플 컵에 적재하였다. 헬륨을 아세트산 집진장치 (impinger) (순환 냉매를 사용하여 25 ℃로 유지)를 통하여 버블링시키고, 40 표준 온도 및 압력 (STP) mL/분에서 60 분 동안 촉매 상에 흡착시켰다. 스펙트럼을 관통류 (flow-through) 조건 및 밀봉된 조건에서 모으고, 배경에 대하여 비율화하였다 (도 3). 이어서 화학흡착된 종의 온도 프로그래밍된 탈착(TPD)을 50。/분의 속도로 320 ℃까지 수행하고, 스펙트럼이 안정한 단계에 도달한 후 (대략 30 분 후) 스펙트럼을 각각의 온도에서 모았다.Acetic acid was adsorbed onto 5% Pd / AC catalyst, exhibiting an infrared absorption band corresponding to acetic acid on 5% Pd / C as follows. The adsorption of acetic acid was carried out on a 5% Pd / C catalyst at 25 ° C. in a chamber of high temperature environment (HTEC). The catalyst was mixed with KBr powder (transparent to IR radiation) and loaded into a sample cup in HTEC. Helium was bubbled through an acetic acid impeller (maintained at 25 ° C. using circulating refrigerant) and adsorbed onto the catalyst for 60 minutes at 40 standard temperature and pressure (STP) mL / min. Spectra were collected under flow-through and sealed conditions and scaled against the background (FIG. 3). The temperature programmed desorption (TPD) of the chemisorbed species was then performed up to 320 ° C. at a rate of 50 ° / min, and the spectra were collected at each temperature after the spectra reached a stable stage (after approximately 30 minutes).

그 다음, CO2/CH4를 동일한 촉매 상에서 미리 흡착시키고, TPD-분산 반사율 적외선 푸리에 변환 분광기 (DRIFTS)를 수행하고, 스펙트럼 밴드의 출현/소실을 동일한 촉매 (5% Pd/C)-KBr 혼합물 상의 순수 아세트산 스펙트럼 데이타와 비교하였다.CO 2 / CH 4 was then adsorbed on the same catalyst in advance, TPD-dispersed reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) was performed, and the appearance / disappearance of the spectral band was changed to the same catalyst (5% Pd / C) -KBr mixture. Acetic acid spectral data on the phases were compared.

이 경우, 흡착을 60 분 동안 수행하고 이어서 탈착을 50。/분의 속도로 420 ℃까지 수행하였다 (도 4). 이 실험의 목적은 5% (5% Pd/C) 95% KBr 혼합물이 아세트산으로의 CO2/CH4반응을 촉진하는지를 결정하려는 것이었다. 관통류 (스펙트럼 a) 및 밀봉된 (스펙트럼 b) 조건하의 25 ℃에서의 스펙트럼은 동일하였다. 25 ℃에서는 3,729, 3,010, 2,362 및 1,301 cm-1에서 특징적인 밴드가 관찰되었다. 3,010 및 1,301 cm-1에서의 밴드는 기체상 메탄으로 지적될 수 있으며 [Zhang et al., 1996], 2,362 cm-1에서의 강한 밴드는 CO2때문이다. 도 4의 흡착 스펙트럼 (스펙트럼 a, b)에서 볼 수 있는 2,371 cm-1에서의 작은 숄더 (shoulder) 밴드는 자연적으로 발생하는13CO2때문이다 [Burkett et al., 1990]. 120 ℃에서의 스펙트럼 (스펙트럼 c)은 흡착 스펙트럼과 유사하며, 이것은 흡착물 사이에 아무런 반응이 없음을 시사한다. 그러나, 220 내지 420 ℃의 고온에서 (스펙트럼 d 내지 f), 특징적인 카르보닐 카르복실레이트 결합에 해당하는 1,790 내지 1,740 cm-1영역의 작지만 뚜렷한 피크가 관찰되며, 이는 카르보닐 종의 합성에 대한 첫번째 증거를 나타낸다. 더욱이, 1,513 및 1,565 cm-1의 작은 밴드는 아세테이트 (CH3COO) 종으로 지적될 수 있다 [Viswanathan et al., 1990]. 이것은 최조로, 불균일 촉매 상에서 CO2및 CH4로부터 아세트산을 합성하는 명백한 증거를 연구한 것이다.In this case, adsorption was carried out for 60 minutes followed by desorption up to 420 ° C. at a rate of 50 ° / min (FIG. 4). The purpose of this experiment was to determine if a 5% (5% Pd / C) 95% KBr mixture promoted the CO 2 / CH 4 reaction with acetic acid. The spectra at 25 ° C. under through (spectrum a) and sealed (spectrum b) conditions were identical. At 25 ° C. characteristic bands were observed at 3,729, 3,010, 2,362 and 1,301 cm −1 . The bands at 3,010 and 1,301 cm −1 can be pointed to gaseous methane [Zhang et al., 1996], the strong band at 2,362 cm −1 due to CO 2 . The small shoulder band at 2,371 cm −1 seen in the adsorption spectra (spectrum a, b) of FIG. 4 is due to the naturally occurring 13 CO 2 (Burkett et al., 1990). The spectrum at 120 ° C. (spectrum c) is similar to the adsorption spectrum, suggesting no reaction between the adsorbates. However, at high temperatures of 220 to 420 ° C. (spectrum d to f), small but distinct peaks in the 1790 to 1740 cm −1 region corresponding to the characteristic carbonyl carboxylate bonds are observed, which is due to the synthesis of carbonyl species Indicates first proof. Furthermore, small bands of 1,513 and 1,565 cm −1 can be pointed to the acetate (CH 3 COO) species (Viswanathan et al., 1990). This was, at best, a study of the clear evidence of synthesis of acetic acid from CO 2 and CH 4 on heterogeneous catalysts.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 고급 카르복실산은 하기 반응식에 따라서 고급 알칸으로부터 제조될 수 있다.In another aspect of the present invention, higher carboxylic acids may be prepared from higher alkanes according to the following scheme.

CnH2n+ CO2→CnH2n+1COOHC n H 2n + CO 2 → C n H 2n + 1 COOH

본 반응의 특정 예는 에탄 및 프로판을 각각 CO2와 사용하는 반응이다.Particular examples of this reaction are reactions using ethane and propane, respectively, with CO 2 .

C2H6+ CO2→CH3CH2COOHC 2 H 6 + CO 2 → CH 3 CH 2 COOH

C3H8+ CO2→CH3CH2CH2COOHC 3 H 8 + CO 2 → CH 3 CH 2 CH 2 COOH

본 반응을 달성하기 위하여, 동일한 조건 및 불균일 촉매를 상기 기술된 바와 같이 사용하였다. 일반적으로, 상기 화학식에서, n은 1 내지 약 12의 값이지만 바람직하게는 n은 1 내지 8의 값이다. 이 반응은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸 및(또는) 도데칸 중 임의의 것과 함께 CO2를 사용할 수 있다. 물론, 이들 알칸의 n-, sec-, tert- 또는 iso- 이성질체 중 임의의 것을 사용할 수 있다.To achieve this reaction, the same conditions and heterogeneous catalysts were used as described above. In general, in the above formula, n is a value from 1 to about 12, but preferably n is a value from 1 to 8. This reaction may use CO 2 with any of methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane and / or dodecane. Of course, any of the n-, sec-, tert- or iso- isomers of these alkanes can be used.

본 발명에서 기술된 바와 같이, 본 발명의 범주를 이탈하지 않고 상기 기술된 실시양태에서 여러가지 변화 및 변형이 이뤄질 수 있음은 명백하다.As described herein, it is apparent that various changes and modifications can be made in the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention.

Claims (30)

불균일 촉매의 존재하에 이산화탄소와 메탄을 반응시키는 것을 포함하는, 메탄의 카르복실화에 의해 직접적으로 아세트산을 제조하는 방법.A process for producing acetic acid directly by carboxylation of methane, comprising reacting methane with carbon dioxide in the presence of a heterogeneous catalyst. 제1항에 있어서, 산소와 일산화탄소의 존재하에 행하는 방법.The method according to claim 1, which is carried out in the presence of oxygen and carbon monoxide. 제1항에 있어서, 산소 없이 행하는 방법.The method of claim 1, wherein the process is carried out without oxygen. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소가 석탄 또는 다른 탄소질 물질의 연소 및 가스화를 기초로 하는 발전소에서 회수함으로써 얻어진 것인 방법.The method of claim 1, wherein the carbon dioxide is obtained by recovery at a power plant based on the combustion and gasification of coal or other carbonaceous material. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소가 천연가스 가공 작업 중에 부산물로서 얻어진 것인 방법.The method of claim 1, wherein the carbon dioxide is obtained as a by-product during natural gas processing operations. 제1항에 있어서, 상기 불균일 촉매가 전이 금속 촉매인 방법.The process of claim 1, wherein the heterogeneous catalyst is a transition metal catalyst. 제6항에 있어서, 상기 전이 금속 촉매가 Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag 및 Au로 구성된 군에서 선택된 전이 금속을 포함하는 것인 방법.The method of claim 6, wherein the transition metal catalyst comprises a transition metal selected from the group consisting of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag and Au. 제7항에 있어서, 상기 전이 금속 촉매가 이중-금속(bimetallic) 또는 다중-금속(multi-metallic)계인 방법.8. The method of claim 7, wherein the transition metal catalyst is a bimetallic or multi-metallic system. 제1항에 있어서, 상기 불균일 촉매가 불활성, 산성 또는 염기성인 지지체 상에 있는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the heterogeneous catalyst is on an inert, acidic or basic support. 제9항에 있어서, 촉매 지지체가 활성 탄소, 알루미나, 실리카, 실리카/알루미나, 히드로탈사이트(hydrotalcite), 2 족의 금속 산화물, 및(또는) 13 및 14족 원자의 혼합된 금속 산화물로 구성된 군에서 선택된 것인 방법.10. The group of claim 9, wherein the catalyst support consists of activated carbon, alumina, silica, silica / alumina, hydrotalcite, group 2 metal oxides, and / or mixed metal oxides of group 13 and 14 atoms. The method selected from. 제7항에 있어서, 상기 전이 금속 촉매가 20% 이하의 Pd를 함유하는 5% Pd/C 촉매 시스템인 방법.8. The process of claim 7, wherein the transition metal catalyst is a 5% Pd / C catalyst system containing up to 20% Pd. 제1항에 있어서, 100℃를 넘는 온도에서 행하는 방법.The method according to claim 1, which is carried out at a temperature above 100 ° C. 제1항에 있어서,The method of claim 1, a) 메탄과 이산화탄소의 기체상 혼합물을 상기 불균일 촉매와 접촉시키는 단계, 및a) contacting a gaseous mixture of methane and carbon dioxide with said heterogeneous catalyst, and b) 상기 메탄과 이산화탄소를 승온에서 상기 불균일 촉매의 압력하에 반응시키는 단계b) reacting the methane and carbon dioxide at elevated temperature under pressure of the heterogeneous catalyst 를 포함하는 방법.How to include. 제12항에 있어서, 단계 b)를 100℃ 이상의 온도에서 행하는 방법.13. The method of claim 12, wherein step b) is performed at a temperature of at least 100 ° C. 제1항에 있어서, 단일 반응 단계로 수행하는 방법.The method of claim 1 wherein the process is carried out in a single reaction step. 제1항에 있어서, C-C 결합을 형성하는 방법.The method of claim 1, wherein the C-C bond is formed. 제1항에 있어서, 메탄올의 카르보닐화를 피하는 방법.The method of claim 1, wherein the carbonylation of methanol is avoided. 제1항에 있어서, 합성가스(syngas)의 발생을 피하는 방법.The method of claim 1, wherein generation of syngas is avoided. 제1항에 있어서, 요오드 기재 촉진제를 피하는 방법.The method of claim 1, wherein the iodine based promoter is avoided. 제1항에 있어서, 통합된 가스화 조합 주기 - 아세트산 공-생산 방법에 포함되는 방법.The process of claim 1 which is included in the integrated gasification combination cycle—acetic acid co-production process. 불균일 촉매의 존재하에 이산화탄소와 화학식 CnH2n(식 중, n은 1 내지 12의 정수임)의 알칸을 반응시키는 것을 포함하는 화학식 CnH2n-1COOH (식 중, n은 상기에서 정의한 바와 같음)의 저급 알킬 카르복실산의 제조 방법.Formula C n H 2n-1 COOH comprising reacting carbon dioxide with an alkane of formula C n H 2n , wherein n is an integer from 1 to 12, in the presence of a heterogeneous catalyst, wherein n is as defined above To lower alkyl carboxylic acid. 제21항에 있어서, n이 1 내지 8의 정수인 방법.The method of claim 21 wherein n is an integer from 1 to 8. 제21항에 있어서, 상기 알칸의 카르복실화에 의해 직접 수행하는 방법.The method of claim 21 wherein the process is carried out directly by carboxylation of the alkanes. 제21항에 있어서, 상기 알칸이 에탄인 방법.The method of claim 21, wherein said alkanes are ethane. 제21항에 있어서, 상기 알칸이 프로판인 방법.The method of claim 21, wherein said alkanes are propane. 제21항에 있어서, 약 100℃를 넘는 온도에서 행하는 방법.The method of claim 21, wherein the process is performed at a temperature above about 100 ° C. 23. 제21항에 있어서, C-C 결합을 형성하는 방법.The method of claim 21, wherein the C-C bond is formed. 제21항에 있어서, 단일 반응 단계로 행하는 방법.The method of claim 21, wherein the process is carried out in a single reaction step. 제21항에 있어서, 상기 불균일 촉매가 전이 금속 촉매인 방법.The method of claim 21, wherein the heterogeneous catalyst is a transition metal catalyst. 제21항에 있어서, 상기 불균일 촉매가 8 내지 11족 금속: Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, 및 Au로 구성된 군에서 선택된 전이 금속을 포함하는것인 방법.The method of claim 21, wherein the heterogeneous catalyst comprises a transition metal selected from the group consisting of Group 8 to 11 metals: Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and Au. How to be.
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