일반기술

고수율 디메틸에테르 제조용 고체산 촉매 및 이를 이용한 디메틸에테르 제조방법

*원리 및 구성본 발명은 디메틸에테르 제조용 고체산 촉매 및 이를 이용한 디메틸에테르의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 K-SUZ-4 (K5Al5Si31O72) 촉매를 암모늄염의 수용액으로 여러 차례 이온 교환하여 K 이온의 양이 촉매에 존재하는 Al에 대해 원자비율로 0.1～0.9 범위인 HK-형으로 조성된 디메틸에테르 제조용 고체산 촉매 및 이를 이용한 디메틸에테르의 제조방법에 관한 것이다.본 발명에 의한 촉매를 사용할 경우, 넓은 온도 영역에서 반응활성과 디메틸에테르 선택성이 탁월한 HK형의 SUZ-4 촉매를 이용하여 기존의 촉매에 비하여 촉매의 양을 적게 사용하면서도 반응 초기부터 10000시간 이상 장시간 반응하여도 높은 메탄올 전환율을 안정적으로 유지하는 한편 거의 100 %의 선택성으로 디메틸에테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.*배경 - 디메틸에테르는 그 물리적, 화학적 특성이 LPG와 유사하거나 오히려 여러 면에서 우수하여 에어로졸 추진체, 디젤 연료의 대체물질 및 화학반응의 중간체로 사용할 수 있어 최근 주목받고 있는 산소 함유 화합물이다. - 디메틸에테르의 전형적인 제조방법은 메탄올을 진한 황산 촉매와 반응시키는 방법인데, 이 방법은 황산을 재생하는데 많은 비용이 들고 황산의 특성상 반응 중에 생기는 물과 반응하여 폭발을 일으킬 위험이 있어 비용과 안전상 많은 문제점이 있다.이러한 단점을 극복하면서 디메틸에테르를 공업적 규모로 생산하는 주된 방법은 고정베드 반응기(fixed bed reactor)에서 고체산 탈수촉매를 이용하여 메탄올을 탈수시키고 그 생성물을 증류하여 에어로졸 분야에서 요구되는 정도의, 고순도의 디메틸에테르를 회수하는 방법이다. - 메탄올의 탈수반응에는 산촉매가 주로 사용되며, 예로는 알루미나, 제올라이트, 실리카/알루미나, 금속 염, 이온교환수지, 혼합된 금속산화물 등이 있다. 이러한 산촉매의 성능을 개선하려는 연구가 많이 행해져왔는데, 대부분의 경우에 부산물을 생성시키는 강산점을 알칼리금속으로 피독시키거나 열처리 방법을 사용하여 산점의 양을 조절하여 부반응을 최대한 억제하거나, 또는 활성 원소를 감마-알루미나에 담지시켜 디메틸에테르의 수율과 선택도를 향상시키려는 시도였다.1)본 발명의 특징은 HK형의 SUZ-4 촉매를 사용하면 메탄, 에탄, 프로판 등의 탄화수소 부산물을 생성시키는 문제가 해결되므로써 기존의 참고 문헌에 비하여 촉매의 양을 적게 사용하면서도 반응 초기부터 10000시간 이상의 반응에서도 80% 이상 높은 메탄올 전환율을 안정적으로 유지하는 한편 거의 100% 선택적으로 디메틸에테르를 제조할 수 있는 방법이다.2)본 발명의 디메틸에테르 제조용 고체산 촉매는 K-SUZ-4제올라이트를 암모늄염 수용액으로 수차례 이온교환하여 K 이온의 양이 촉매에 존재하는 Al에 대해 원자비율로 0.1~0.9 범위인 HK-SUZ-4로 조성함.3)종래 디메틸에테르 제조용 고체산 촉매에 비해 넓은 온도 영역에서 반응활성을 나타내며 디메틸에테르 선택성이 탁월.4) 상기 고체산 촉매를 메탄올의 탈수반응에 의한 디메틸에테르 제조에 이용할 경우, 기존의 촉매에 비하여 촉매의 양을 적게 사용하면서도 반응 초기부터 10,000시간 이상 장시간 반응하여도 높은 메탄올 전환율을 안정적으로 유지하는 한편 거의 100% 선택성으로 디메틸에테르를 제조가능.