유기화학 (알데히드 종류)

본문내용

기 재질의 개선으로 상업운전이 가능하게 되었다.
③합성가스의 정제공정 : 합성가스의 정제기술로는 화학흡수법, 심냉법, 흡착분리법, 막분리법 등이 있다. 일반적으로 합성가스 중 CO2의 제거는 화학흡수법에 의해 정제되며 정제가스중의 잔류 CO2는 50ppm 정도 남는다. CO2 제거의 용도로 사용하는 흡수제로는 MEA, DEA, DIPA, MDEA, K2CO3가 사용된다. 최근에는 MEA에 의한 분류방법이 주로 사용되고 있으며 특히 고농도의 MEA 사용을 위해 UCC사는 Amine Guard Bed를 개발해 농도를 높여 운전이 가능토록 했다. 상업적으로 사용하는 CO의 정제 기술로는 유기동착화물을 이용한 화학흡수법으로 COSORB공법 및 심냉분리법에 의한 분리기술이 있다. COSORB는 경제적인 공법으로 알려져 있으나 흡수용제가 불순물에 예민하므로 철저한 전처리를 위한 투자비가 높고 운전이 어려운 단점이 있다. 심냉분리법은 대용량의 경우 회수율이 높으며 화학흡수법에 비해 환경문제가 없으나 투자비가 많이 소요된다. 최근에는 흡착분리법에 의한 방법인 PSA가 개발되어 활용되고 있으나 회수율 등이 낮아 소형에 주로 사용하고 있다. 막분리에 의한 정제는 일부 불순물에 대한 분리가 어려워 범용적으로 적용하기에는 기술적인 문제가 남아 있다.
(2) 초산 제조기술 초산은 메탄올과 일산화탄소가 Rh 및 lodide 촉매하에 28kg/㎠g 및 185 의 반응조건에서 연속적으로 생성된다. 생성된 초산은 일련의 정제 과정을 거쳐 순도 99.9wt %의 빙초산 제품이 된다. Waste Stream으로는 부반응에 의해 생성된 프로피온산, 이산화탄소 및 수소는 Incineration 또는 Flare에서 연소 배출된다. 특히, Methanol Carbonylation은 수율이 높아 Waste의 발생량이 적다. 원료로는 99wt%의 메탄올과 98mo1e% 이상의 CO를 사용한다. 초산 반응기에서는 주요 반응으로 Methanol Carbonylation 및 Water-Gas Shift 반응이 일어난다. 반응 촉매로는 Soluble Rhodium 및 Iodine이 사용되는 Rhodium 촉매는 반응기내 CO분압이 낮으면 불안정화되기 때문에 적정 CO분압 유지가 중요하다.
반응은 기액 접촉식 반응으로서 액상중의 일정한 CO의 농도유지를 위하여 연속적인 교반이 중요하며 CO의 과잉 공급하에서 반응이 진행되어 메탄올의 수율은 99%, CO의 수율은 90% 이상이 된다. 주반응은 발열반응으로서 초산 1kg 합성에 541kcal의 열량이 발생되며 반응률은 온도 및 촉매(Rh, I) 농도의 증가에 따라 증가하며 반응물의 농도에는 무관한다. 반응은 다음의 단계별 Mechanism을 거쳐 일어나게 된다. ① Water-Gas 전이반응 : Water-Gas 전이반응은 반응기 중의 CO분압을 감소시키는 반응으로 반응속도는 온도 및 Rh농도의 증가에 따라 증가한다. ② 프로피온산 생성반응 : 에탄올은 메탄올의 불순물외에 반응기내에서 Water-Gas 전이반응에 의해 생성된 수소의 반응에 의해 생성되며 CO와 반응하여 프로피온산을 만든다. 프로피온산 반응은 Ethanol Carbonylation으로 반응기내 기상중 수소의 분압이 증가함에 따라 증가한다. ③ 메탄 생성반응 : 반응기내에서 소량의 메탄이 형성되는 것으로 알려지고 있으나 반응 메카니즘에 관하여는 명확하지는 않다. 한편, 초산 제조공정은 비교적 간단한 공정으로서 반응기 중의 적당한 CO의 분압유지와 반응온도제어가 중요하며 재순환 유량의 적절한 제어에 의한 물질의 균형유지가 중요하다. 주요 공정으로는 반응공정, 정제공정 및 경질물질 회수공정으로 구성된다.
반응공정은 28kg/㎠g 및 185 의 연속적으로 교반되는 기액접촉식 반응기에서 일어난다. 원료인 메탄올은 예열기를 거쳐 예열되어 Feed되며, CO가스는 예열없이 Sparker Ring을 통해 액상 중으로 분산되며 Feed된다. 반응은 액상에서 일어나고 CO는 기체이므로 반응이 되기전 CO를 액상으로 용해시켜야 한다. 용해속도는 교반속도 및 액상위의 CO분압에 의해 결정된다. 교반은 CO를 작은 기포로 쪼개어 용해되기 쉽게 해주고 CO분압은 CO가스가 액상으로 용해되도록 하는 추진력을 제공한다. CO분압이 클수록 CO의 농도가 증가한다. 반응된 생성물은 Flashing 밸브를 통하여 배출되며 Vapor는 정제과정으로 보내지고 액체는 Rh촉매와 함께 반응기로 재순환되어 반응에서 발생되는 반응열을 효과적으로 제거하게 된다. 반응기에서의 중요한 제어요소는 온도와 CO분압 유지를 위한 압력으로서 온도는 메탄올 량에 따른 Flashing량을 조절함으로써 제어하며 압력은 적절한 CO분압 유지에 의한 Vent량과 CO공급량의 조절로써 제어한다.
정제공정은 반응공정으로부터의 Vapor를 3단계의 정제공정을 거쳐 최종 제품인 99.9wt% 이상의 빙초산을 만든다. 첫번째 정제 공정에서는 초산중의 경질물질을 제거하여 Crude초산으로 정제하며 경질물질은 반응기로 재순환시킨다. 두번째 공정은 초산중의 수분을 제거하는 탈수 공정으로서, 단순 증류 조작으로 상부로 수분을 함유한 묽은 초산을 제거하여 반응기로 재순환시키며 하부로는 정제초산을 뽑아낸다. 이 과정중 초산중에 남아 있는 미량의 경질물질을 완전히 제거하게 된다. 마지막 공정은 초산중의 중질물질의 분리 공정으로 증류에 의해 상부로 초산제품이 분리되어 냉각후 저장탱크로 보내지게 되며 하부로는 부산물 등 중질물질을 폐산처리 시스템으로 배출해 처리한다. 경질물질 회수공정은 반응공정 및 정제공정에서 발생하는 배기가스 중 함유되어 있는 경질물질을 플레어 연소전 회수 공정에서 회수, 정제공정으로 보낸다. 회수 공정에서는 경질물질의 회수를 위해 흡수제로 초산을 사용한다.
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