일반기술

분리막 반응기를 이용한 디메킬에테르의 제조방법

*원리 및 구성본 발명은 종래의 methanol로부터 dimethyl ether(DME)를 제조하는 공정의 반응 분리 효율을 한층 더 향상시키기 위해, 선택적으로 물질을 분리하는 특성을 가지는 분리막 반응기를 이용하는 DME 제조 공정을 제안하였다. 고온에서 수증기를 선택적으로 투과 분리하는 분리막이 장착된 반응기에서 DME 합성을 실시하여, 반응 중 생성되는 물을 막을 통하여 선택적으로 제거함으로서 methanol 전환율 및 DME 수율을 향상시킨 제조 공정 개발에 성공하였다. 이 기술은 반응 중 생성되는 특정 물질을 선택적으로 제거함으로서 반응 평형 전환율의 극복 및 촉매 활성 제어에 효과적이며, 목적 제품의 순도를 향상시켜 반응 분리 결합에 의한 반응 효율 및 에너지 절약형 공정 개선에 효과적으로 이용될 수 있었다.*배경대부분의 화학 제품 생산에 있어서 반응과 분리 공정이 많은 부분을 차지하며, 동시에 가장 많은 에너지를 소비하는 과정이다. 이러한 반응과 분리를 동시에 수행할 수 있는 분리막 반응기를 도입하면, 공정 단순화에 의한 생산성 향상을 기대할 수 있다. 또한, 막 반응기는 가역 반응에서 나오는 생성물 중의 특정 물질을 분리막을 이용하여 선택적으로 제거함으로서, 열역학적 평형을 뛰어넘는 전환율과 부반응물(by-product) 억제에 의한 반응 효율을 향상시킬 수 있다[H.P. Hsieh, "Inorganic Membranes for Separation and Reaction", Elsevier, NL, 1996].즉, 분리막 기술은 새로운 저 에너지 소비 분리정제 기술로써 환경 및 에너지 산업, 화학산업, 생물산업, 반도체 산업 등 넓은 범위에서 응용 가능한 새로운 기술로써 전세계적인 개발과 산업분야의 활용이 시도되고 있다. 최근에는 반응과 분리공정을 결합하여 반응효율을 크게 향상시킬 수 있는 막 반응기의 개발에 관심이 높아지는 추세다.*종래기술종래의 촉매 반응기를 사용할 경우, 상기 반응이 열역학적 평형에 도달하게 되면 더 이상 반응이 진행되지 않게 되어, 메탄올 전환율 및 DME 수율이 제한된다. 또한, 반응 후에 최종 제품인 고순도의 DME를 얻기 위해서는 반응기로부터 얻은 생성물 중의 미반응 메탄올 및 수증기를 대량의 에너지를 소모하는 복잡한 증류 공정을 통해서 제거하는 공정을 거쳐야만 한다. 즉, 종래의 반응은 높은 전환율과 수율을 달성하기 위해 300 ℃ 이상의 고온과 10 기압 이상의 고압 조건에서 반응기를 운전해야만 하는 어려움이 있다. 또한, 메탄올 탈수 촉매 반응 중에서 생성되는 수증기는 사용되는 알루미나-실리카 촉매의 활성을 저하(deactivation)시켜 촉매 내구성에 치명적인 요인으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 그러므로, DME의 안정적이고 효율적인 대량 생산 시스템을 구축하기 위해서는 촉매 반응 효율 향상 및 공정 결합에 의한 단순화 과정의 개발이 절실한 실정이다.*특징 및 장점1)DME 제조 공정에서 메탄올 탈수 반응과 생성된 수증기의 분리를 동시에 수행할 수 있는 반응 분리 결합형 분리막 반응기를 도입함으로써, 반응물 메탄올로부터 생성물 DME와 수증기가 각각 따로 수거됨으로써 반응이 끝난 후 별도의 수증기 제거 공정이 생략되어 에너지 소비를 대폭 절감할 수 있다. 2)수증기가 생성됨과 동시에 제거되어 이에 따른 촉매 활성 저하를 억제할 수 있어서, 메탄올 반응 전환율과 고순도의 DME의 수율이 증가되는 효과가 있다.3)본 발명에 적용된 분리막 반응기는 본 발명의 실시예에서 적용된 디메틸에테를 제조공정 뿐만 아니라 많은 가역 반응들에 대해 생성물을 선택적으로 제거함으로서, 평형 전환율 및 제품 순도 개선에 매우 효과적이다.4)반응과 분리공정을 결합하여 동시에 수행함으로서 화학공정의 생산성 향상에 효율적으로 이용될 수 있는 효과가 있다.