KR102773697B1 - Al-Ti Mixed Oxide Catalysts for Dechlorination of Chloromethanes and the Method for Manufacturing Dechlorinated Chloromethanes Using the Catalysts - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염화메탄 탈염소화 반응용 촉매 및 이를 이용한 탈염소화된 염화메탄의 제조방법에 관한 것으로, 상기 염화메탄 탈염소화 반응용 촉매로써 티타늄 알루미네이트 혼합 산화물을 포함하는 촉매를 제공한다. 또한, 상기 촉매를 사용하여 상용 금속 촉매보다 우수한 염화메탄의 전환율 및 탈염소화된 염화메탄의 수율을 갖는 탈염소화된 염화메탄 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a catalyst for methane dechlorination reaction and a method for producing dechlorinated methane chloromethane using the same, and provides a catalyst comprising titanium aluminate mixed oxide as the catalyst for methane dechlorination reaction. In addition, the present invention provides a method for producing dechlorinated methane chloromethane having a methane chloromethane conversion rate and a dechlorinated methane yield superior to those of a commercial metal catalyst using the catalyst.
Description
본 발명은 염화메탄 탈염소화 반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매 및 이를 이용한 탈 염소화된 염화메탄 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 혼합 산화물을 사용하여 염소가 둘 이상 포함된 염화메탄의 탈염소화 반응을 매개하는 반응 촉매와 이를 이용한 탈염소화 된 염화메탄 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for a methane dechlorination reaction and a method for producing dechlorinated methane using the same, and more particularly, to a reaction catalyst that mediates the dechlorination reaction of methane containing two or more chlorines using a mixed oxide, and a method for producing dechlorinated methane using the same.
최근에 전세계적인 기후변화 및 국제 정세에 따른 수급과 가격 불안정성과 같은 문제들로 인해 화학 산업의 원료가 되는 경질올레핀을 비석유 자원으로부터 생성하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 상기 시도의 일환으로 석유 대체 자원으로 각광받는 셰일 가스를 이용하는 방법이 있다. 상기 셰일 가스는 메탄이 풍부하게 포함되어 있어 이를 염소화하는 방법을 통해 염화 탄화수소의 일종인 모노클로로메탄을 생성할 수 있으며, 모노클로로메탄의 치환 반응 등을 통해 경질올레핀을 생산하는 방법이다. Recently, due to problems such as global climate change and supply and price instability due to international situations, attempts are being made to produce light olefins, which are raw materials for the chemical industry, from non-petroleum resources. As part of the above attempts, there is a method of using shale gas, which is attracting attention as an alternative resource for petroleum. The shale gas contains a lot of methane, so it can produce monochloromethane, a type of chlorinated hydrocarbon, through a chlorination method, and this is a method of producing light olefins through substitution reactions of monochloromethane, etc.
그러나, 상기 메탄의 염소화를 통한 모노클로로메탄을 생산하는 접근 방식은 한국공개특허공보 제10-2019-0024122호(2019.03.08.)와 비특허문헌 1 및 2과 같이 고체산인 제올라이트를 포함하는 반응 촉매를 수반함으로써 메탄의 전환율, 모노 클로로메탄의 선택성 및 수율을 향상시키고자 많이 시도되고 있으나 이와 반대로 디클로로메탄 등의 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄에서 염소를 하나 이상 제거하여 모노클로로메탄 등으로 전환하는 방식은 많이 시도되지 않았다.However, many attempts have been made to improve the conversion rate of methane and the selectivity and yield of monochloromethane by involving a reaction catalyst including a solid acid, zeolite, as in Korean Patent Publication No. 10-2019-0024122 (2019.03.08.) and Non-patent Documents 1 and 2, for producing monochloromethane through chlorination of the above methane. On the other hand, there have not been many attempts to convert monochloromethane, etc. by removing one or more chlorine from methane chloride substituted with two or more chlorine atoms, such as dichloromethane.
상기 염소가 하나 이상 치환된 염화메탄에서 염소를 하나 이상 제거하는 반응과 관련하여, 비특허문헌 3에서는 γ-알루미나 존재 하에 디클로로메탄의 불균등화(Disproportionation) 반응을 통해서 모노클로로메탄이 생성되는 반응경로가 제안되었다. 상기 불균등화 반응은 건조 공기 하에서는 알루미나가 갖는 히드록실기 및 디클로로메탄 간의 반응에 의해 소모되기 때문에 활성이 급격히 감소하게 되므로, 히드록실기의 보충을 통한 활성 회복을 위해 수분 포함 공기 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 비특허문헌 3에서 제안된 모노클로로메탄의 반응경로를 나타낸 도 1과 식 1에 나타낸 바와 같이 상기 수화된 알루미나는 디클로로메탄과 탈염소화 반응하여 클로로메톡시(Chloromethoxy)를 형성하는 단계를 경유함으로써 최종적으로 모노클로로메탄을 생성한다.With respect to the reaction of removing one or more chlorines from the above-mentioned chloromethane substituted with one or more chlorines, Non-Patent Document 3 proposes a reaction pathway in which monochloromethane is generated through a disproportionation reaction of dichloromethane in the presence of γ-alumina. Since the disproportionation reaction is consumed by the reaction between the hydroxyl groups of alumina and dichloromethane under dry air, the activity thereof rapidly decreases, and therefore it is preferable to perform the reaction under air containing moisture in order to recover the activity through replenishment of the hydroxyl groups. As shown in FIG. 1 and Equation 1 showing the reaction pathway of monochloromethane proposed in Non-Patent Document 3, the hydrated alumina undergoes a dechlorination reaction with dichloromethane to form chloromethoxy, thereby ultimately generating monochloromethane.
(식 1)(Formula 1)
2CH2Cl2 + H2O → CO + CH3Cl + 3HCl2CH 2 Cl 2 + H 2 O → CO + CH 3 Cl + 3HCl
이에 착안하여 본 발명의 출원인은 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매를 개발하는데 착수하여 상용 금속 촉매보다 우수한 염화메탄 전환율, 탈염소화된 염화메탄 선택성 및 수율을 갖는 본 발명의 반응촉매를 완성하기에 이르렀다.Inspired by this, the applicant of the present invention began to develop a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for chloromethane dechlorination reaction, and completed the reaction catalyst of the present invention having chloromethane conversion rate, dechlorinated chloromethane selectivity, and yield better than commercial metal catalysts.
본 발명은 염화메탄 탈염소화 반응의 촉매로써 티타늄 알루미네이트 혼합 산화물을 포함하는 촉매를 제공하고, 상기 촉매를 사용하여 상용 금속 촉매보다 우수한 염화메탄 전환율 및 탈 염소화된 염화메탄의 선택성 및 수율을 갖는 탈 염소화된 염화메탄 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a catalyst including a titanium aluminate mixed oxide as a catalyst for a methane dechlorination reaction, and aims to provide a method for producing dechlorinated methane using the catalyst having a methane conversion rate and a selectivity and yield of dechlorinated methane superior to those of a commercial metal catalyst.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄의 탈 염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매는 하기 화학식 1로 나타낸 조성을 가지며, 수분 포함 공기 존재 하에 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄을 탈 염소화 시켜 염소의 개수가 줄어든 염화메탄으로 전환시키는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problem, the titanium-aluminate mixed oxide catalyst for dechlorination of methane chloride substituted with two or more chlorines of the present invention has a composition represented by the following chemical formula 1, and is characterized by dechlorinating methane chloride substituted with two or more chlorines in the presence of air containing moisture, thereby converting it into methane chloride with a reduced number of chlorines.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Al1-nTinOx Al 1-n Ti n O x
(상기 화학식 1에서 n 은 0.2 내지 0.8 이며, x는 1.5 내지 2.0 이다.)(In the above chemical formula 1, n is 0.2 to 0.8 and x is 1.5 to 2.0.)
상기 염화메탄은 염소 원자를 둘 이상 포함하는 메탄으로서 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소이며, 바람직하게는 디클로로메탄이다.The above methane chloride is methane containing two or more chlorine atoms, such as dichloromethane, chloroform, and carbon tetrachloride, and is preferably dichloromethane.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1에서 n은 0.4 내지 0.6인 것이 바람직하며, 0.5 인 것이 더욱 바람직하다.In another embodiment of the present invention, n in the chemical formula 1 is preferably 0.4 to 0.6, and more preferably 0.5.
상기 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄의 탈 염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매는 상기 화학식 1이 Al0.5Ti0.5Ox 조성을 가지고, 비결정성(amorphous) 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.The titanium-aluminate mixed oxide catalyst for dechlorination of methane chloride containing two or more chlorine atoms is characterized in that the chemical formula 1 has a composition of Al 0.5 Ti 0.5 O x and has an amorphous form.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄 탈염소화 반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매는 BET 표면적 측정값이 50 내지 400 m2/g 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the titanium-aluminate mixed oxide catalyst for chloromethane dechlorination reaction containing two or more chlorine atoms may have a BET surface area measurement value of 50 to 400 m 2 /g.
상기 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄 탈 염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매를 사용하여 탈염소화된 염화메탄을 제조하는 방법에 있어서, 수분 포함 공기 하에서 상기 염화메탄 탈염소화 반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매를 투입하여 염소를 둘 이상 포함하는 염화메탄을 포함하는 제1반응물을 탈염소화 반응시켜 탈염소화된 염화메탄을 포함하는 제1반응 생성물을 형성하는 제1 단계; 및 상기 제1반응 생성물로부터 탈염소화된 염화메탄을 분리회수하는 제2 단계;를 포함할 수 있다.A method for producing dechlorinated methane chloride using a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chloride dechlorination containing two or more chlorine atoms, the method may include a first step of introducing the titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chloride dechlorination under air containing moisture to dechlorinate a first reactant containing methane chloride containing two or more chlorine atoms to form a first reaction product containing dechlorinated methane chloride; and a second step of separating and recovering the dechlorinated methane chloride from the first reaction product.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계가 기상에서 진행되며, 수분이 0.1 내지 20 v/v % 포함된 기체 하에서 탈염소화 반응을 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first step is performed in a gas phase, and the dechlorination reaction can be performed under a gas containing 0.1 to 20 v/v % of moisture.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계 탈염소화 반응 공간속도(GHSV)는 1,000 내지 100,000 mL/g/h 이고, 제1반응물에 포함되는 염화메탄이 100 내지 20,000 ppm 일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first stage dechlorination reaction space velocity (GHSV) may be 1,000 to 100,000 mL/g/h, and the methane chloride contained in the first reactant may be 100 to 20,000 ppm.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계의 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄 탈염소화 반응에서 반응온도는 기상에서 반응이 진행할 경우, 200 내지 350 ℃, 압력은 0.1 내지 2 bar 일 수 있으며, 액상에서 진행될 경우, 10 내지 30 ℃, 0.1 내지 2 bar 이다.In another embodiment of the present invention, in the methane chlorine dechlorination reaction including two or more chlorine atoms in the first step, the reaction temperature may be 200 to 350°C and the pressure may be 0.1 to 2 bar when the reaction is carried out in a gas phase, and may be 10 to 30°C and 0.1 to 2 bar when the reaction is carried out in a liquid phase.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제2단계의 탈염소화된 염화메탄의 분리 후 미반응 화합물을 제1 단계로 재순환시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the method may further include a step of recycling unreacted compounds after separation of the dechlorinated methane chloride in the second step to the first step.
한편, 탈염소화된 염화메탄을 생성하기 위한 시스템은 상기 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매가 위치하며, 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄을 포함하는 제1 반응물이 유입되는 유입구 및 상기 제1 반응물이 촉매와 접촉한뒤 반응기 밖으로 유출되는 유출구를 포함하는 반응기; 및 상기 반응기로부터의 유출물에서 탈염소화된 염화메탄을 분리하는 분리기; 를 포함할 수 있다.Meanwhile, a system for producing dechlorinated methane chloride may include a reactor having a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the dechlorination reaction positioned therein, an inlet for introducing a first reactant including methane chloride containing two or more chlorine atoms, and an outlet for flowing out of the reactor after the first reactant comes into contact with the catalyst; and a separator for separating dechlorinated methane chloride from an effluent from the reactor.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 탈염소화된 염화메탄을 생성하기 위한 시스템은 분리기에서 탈염소화된 염화메탄의 분리 후 유출물을 상기 반응기로 되돌리는 재순환기;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the system for producing dechlorinated methane chloride may further include a recirculator for returning the effluent after separation of dechlorinated methane chloride in the separator to the reactor.
본 발명에 따른 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매에 있어서, 상기 촉매는 이를 구성하는 알루미늄 및 티타늄 금속의 비율을 조절하고, 이에 따른 촉매의 구조를 제어함으로써 수분 포함 공기 존재하 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄의 탈염소화 반응에서 상용 알루미나 촉매 대비 염화메탄의 전환율 및 탈 염소화된 염화메탄의 수율을 향상시킬 수 있다.In the titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chlorodechlorination according to the present invention, the catalyst can improve the conversion of methane chlorode and the yield of dechlorinated methane chlorode compared to a commercial alumina catalyst in the dechlorination reaction of methane chlorode containing two or more chlorine atoms in the presence of air containing moisture by adjusting the ratio of aluminum and titanium metals constituting the catalyst and controlling the structure of the catalyst accordingly.
또한, 본 발명의 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매를 사용하는 탈 염소화된 염화메탄 제조방법은 수분 포함 공기 존재 하에 상기 촉매를 투입하여 탈염소화 반응을 진행하므로 용이하게 공정을 구성할 수 있으며, 상기 탈염소화 반응 이후 염화메탄을 포함하는 미반응 화합물을 최초 반응물 흐름에 재투입하는 단계를 포함함으로써 연속적인 탈 염소화된 염화메탄 생산이 가능하다.In addition, the method for producing dechlorinated methane chloride using the titanium-aluminate mixed oxide catalyst of the present invention can easily configure the process because the dechlorination reaction is performed by introducing the catalyst in the presence of air containing moisture, and continuously produces dechlorinated methane chloride by including a step of reintroducing an unreacted compound containing methane chloride into the initial reactant flow after the dechlorination reaction.
도 1은 염화메탄의 일종인 디클로로메탄으로부터 탈염소화된 염화메탄의 일종인 모노클로로메탄을 생성하는 반응메카니즘을 나타낸 것이다.
도 2는 혼합 산화물 촉매의 금속 구성비에 따른 (a) XRD 패턴, (b) NH3-TPD, (c) 피리딘 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 반응온도 및 혼합 산화물 촉매의 금속 구성비에 따른 메탄의 전환율, 모노클로로메탄의 선택성 및 수율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 반응시간에 따른 상용 알루미나 촉매 및 Al0.5Ti0.5Ox 혼합 산화물 촉매의 디클로로메탄의 전환율, 모노클로로메탄의 선택성 및 수율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, Al0.5Ti0.5Ox 혼합 산화물 촉매의 디클로로메탄 농도 및 반응온도에 따른 모노클로로메탄의 생성속도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, Al0.5Ti0.5Ox 혼합 산화물 촉매의 공기에 포함된 수분 농도 및 디클로로메탄 농도에 따른 모노클로로메탄의 생성속도를 나타낸 그래프이다.Figure 1 illustrates the reaction mechanism for producing monochloromethane, a type of dechlorinated methane, from dichloromethane, a type of methane chloro.
Figure 2 is a graph showing (a) the XRD pattern, (b) NH 3 -TPD, and (c) pyridine FT-IR spectra according to the metal composition ratio of the mixed oxide catalyst.
FIG. 3 is a graph showing the conversion rate of methane and the selectivity and yield of monochloromethane according to the reaction temperature and the metal composition ratio of the mixed oxide catalyst as an example of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the conversion of dichloromethane and the selectivity and yield of monochloromethane of a commercial alumina catalyst and an Al 0.5 Ti 0.5 O x mixed oxide catalyst according to reaction time as an example of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the production rate of monochloromethane according to the dichloromethane concentration and reaction temperature of an Al 0.5 Ti 0.5 O x mixed oxide catalyst as an example of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the production rate of monochloromethane according to the concentration of moisture and dichloromethane contained in the air of an Al 0.5 Ti 0.5 O x mixed oxide catalyst as an example of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 포함한 발명의 구성을 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, the composition of the invention including preferred embodiments that can be easily carried out by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs will be described in detail. In explaining the principles of preferred embodiments of the present invention in detail, if it is judged that a specific description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, such detailed descriptions will be omitted.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, whenever a part is said to “include” a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.
본 발명은 염화메탄 탈염소화반응용 촉매에 관한 것으로써, 상기 촉매는 이를 구성하는 알루미늄 및 티타늄 금속의 비율을 조절하고, 이에 따른 촉매의 구조를 제어함으로써 수분 포함 공기 존재 하 염소원자를 둘 이상 포함하는 염화메탄의 탈염소화 반응에서 상용 알루미나 촉매 대비 염화메탄의 전환율 및 탈 염소화된 염화메탄의 수율이 우수한 것을 특징으로 하는 염화메탄 탈염소화반응 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for methane dechlorination, and the catalyst is characterized in that the conversion of methane and the yield of dechlorinated methane are superior to those of a commercial alumina catalyst in the dechlorination reaction of methane containing two or more chlorine atoms in the presence of air containing moisture by controlling the ratio of aluminum and titanium metals constituting the catalyst and thus controlling the structure of the catalyst.
본 발명의 혼합 산화물 촉매는 수분 포함 공기 존재 하에 불균등화 반응의 결과로 나타나는 탈염소화 반응을 매개하며, 반응 결과 탈염소화된 염화메탄을 생성시킬 수 있다. The mixed oxide catalyst of the present invention mediates a dechlorination reaction resulting from a disproportionation reaction in the presence of air containing moisture, and can produce dechlorinated methane as a result of the reaction.
탈염소화 반응을 매개하는 상기 혼합 산화물 촉매는 하기 화학식 1로 나타낸 조성을 갖는 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The mixed oxide catalyst mediating the dechlorination reaction is characterized by including a titanium-aluminate mixed oxide having a composition represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Al1-nTinOx Al 1-n Ti n O x
(상기 화학식 1에서 n은 0.2 내지 0.8 이며, x는 1.5 내지 2.0 이다)(In the above chemical formula 1, n is 0.2 to 0.8 and x is 1.5 to 2.0)
본 발명의 혼합 산화물 촉매에 의해 매개 되는 탈염소화 반응에서의 반응물은 염화메탄으로써, 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소 등이 사용될 수 있다.The reactant in the dechlorination reaction mediated by the mixed oxide catalyst of the present invention is methane chloride, and dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, etc. can be used.
본 발명의 혼합 산화물 촉매는 금속 산화물을 단독으로 포함하는 촉매 대비 촉매활성을 향상시키고자, 알루미나(Al2O3) 및 티타니아(TiO2) 전구체가 동시에 산화 및 공침된 복합체(Co-precipitated Complexes) 형태이거나 알루미늄, 티타늄 및 산소가 비규칙적 또는 규칙적으로 배열된 합금(Alloy) 형태로 제조될 수 있으며, 탈염소화 반응촉매의 관점에서 넓은 반응 면적을 제공하는 다공체 구조의 복합체 형태로 제조되는 것이 바람직하다. The mixed oxide catalyst of the present invention can be manufactured in the form of a complex in which alumina (Al 2 O 3 ) and titania (TiO 2 ) precursors are simultaneously oxidized and co-precipitated, or in the form of an alloy in which aluminum, titanium, and oxygen are irregularly or regularly arranged, in order to improve the catalytic activity compared to a catalyst containing only a metal oxide. In addition, it is preferable to manufacture the mixed oxide catalyst in the form of a complex having a porous structure that provides a wide reaction area from the viewpoint of a dechlorination reaction catalyst.
상기 알루미나 및 티타니아 전구체를 사용하여 혼합 산화물 촉매를 제조하는 방법은 졸-겔법(Sol-Gel Method), 공침법 등 공지의 다성분계 혼합 산화물 제조방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 졸-겔법이 사용될 수 있다.The method for producing a mixed oxide catalyst using the above alumina and titania precursors can use a known method for producing a multi-component mixed oxide, such as a sol-gel method or a co-precipitation method, and preferably, the sol-gel method can be used.
상기 화학식 1에서 n은 본 발명 촉매 구조에 포함된 티타늄의 몰 수를 조성비로 표현한 것이고, n의 값은 0.2 내지 0.8의 범위, 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 범위, 더욱 바람직하게는 0.5의 값을 가진다. 상기 n 이 0.2 미만이거나 0.8 초과인 경우에는 탈염소화 반응에서 염화메탄의 전환율이 감소할 수 있다.In the chemical formula 1 above, n is the number of moles of titanium included in the catalyst structure of the present invention, expressed as a composition ratio, and the value of n is in the range of 0.2 to 0.8, preferably in the range of 0.4 to 0.6, and more preferably has a value of 0.5. When n is less than 0.2 or more than 0.8, the conversion rate of methane chloride in the dechlorination reaction may decrease.
알루미늄 및 티타늄의 조성은 혼합 산화물 촉매의 구조, 표면적, 산 점(Acid Sites) 및 산 점의 세기 등에 영향을 미치며, 상기 촉매에 의한 염화메탄 탈염소화 반응에서 반응물의 전환율, 반응생성물의 선택성 및 수율과 직결된다. 따라서, 혼합 산화물 촉매에 있어서 최적의 특성을 갖는 조성을 파악하는 것이 가장 중요하다.The composition of aluminum and titanium affects the structure, surface area, acid sites, and strength of acid sites of the mixed oxide catalyst, and is directly related to the conversion of reactants, selectivity of reaction products, and yield in the dechlorination reaction of methane chlorination by the catalyst. Therefore, it is most important to identify the composition with optimal characteristics in the mixed oxide catalyst.
상기 혼합 산화물 촉매는 비결정성 및/또는 결정성이며, 바람직하게는 비결정성 형태를 가지며, BET 표면적 측정값은 50 내지 400 m2/g 를 갖는다. The above mixed oxide catalyst is amorphous and/or crystalline, preferably has an amorphous form, and has a BET surface area measurement value of 50 to 400 m 2 /g.
또한, 본 발명은 상기 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매를 사용하여 탈염소화 반응을 통해 탈염소화된 염화메탄을 제조하는 방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a method for producing dechlorinated methane chloride through a dechlorination reaction using the titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the methane chloride dechlorination reaction.
본 발명의 혼합 산화물 촉매를 사용하여 탈염소화된 염화메탄을 제조하는 방법은 수분이 존재하는 액상 혹은 기상에서 상기 촉매와 염화메탄을 포함하는 제1반응물을 접촉시킴으로서 탈염소화 반응시켜 탈 염소화된 염화메탄을 포함하는 제1반응 생성물을 형성하는 제1 단계; 및 상기 제1반응 생성물로부터 탈 염소화된 염화메탄을 분리회수하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제2단계 후, 탈 염소화된 염화메탄이 분리된 후의 미반응 화합물을 제1 단계로 재순환시키는 단계가 더 포함될 수 있다.A method for producing dechlorinated methane chloride using the mixed oxide catalyst of the present invention is characterized by including a first step of contacting a first reactant including methane chloride with the catalyst in a liquid or gaseous state in the presence of moisture to perform a dechlorination reaction, thereby forming a first reaction product including dechlorinated methane chloride; and a second step of separating and recovering the dechlorinated methane chloride from the first reaction product. After the second step, a step of recycling an unreacted compound from which the dechlorinated methane chloride is separated to the first step may be further included.
상기 제1 단계의 탈염소화 반응은 반응 계(Reaction system)를 구성하는 반응기 내에서 수행되며, 상기 반응기는 특별히 그 형태나 종류가 제한되는 것은 아니며, 예시적으로 반응물들을 연속적으로 도입하거나 반응생성물을 다른 곳으로 이송할 수 있는 유동층 반응기이거나 고정층 반응기 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 반응은 액상 혹은 기상에서 진행될 수 있으며, 바람직하게는 기상에서 진행될 수 있다.The dechlorination reaction of the first step is carried out in a reactor constituting a reaction system, and the reactor is not particularly limited in its form or type, and for example, a fluidized bed reactor or a fixed bed reactor capable of continuously introducing reactants or transporting reaction products to another location may be used. In addition, the reaction may be carried out in a liquid phase or a gas phase, and preferably, it may be carried out in a gas phase.
상기 반응이 기상으로 진행될 경우, 제1 단계는 수분이 0.1 내지 20 v/v% 포함된 기체하에서 탈염소화 반응하며, 바람직하게는 2 내지 6.5 v/v% 포함된 기체하에서 탈염소화 반응이 진행된다. 수분이 0.1 v/v% 미만인 경우에는 탈염소화 반응이 충분하게 일어나지 않을 수 있으며, 10 v/v% 초과인 경우에는 반응생성물인 탈염소화된 염화메탄의 생성속도가 감소할 수 있다.When the above reaction proceeds in the gas phase, the first step is a dechlorination reaction under a gas containing 0.1 to 20 v/v% of moisture, and preferably, the dechlorination reaction is performed under a gas containing 2 to 6.5 v/v% of moisture. When the moisture content is less than 0.1 v/v%, the dechlorination reaction may not occur sufficiently, and when it exceeds 10 v/v%, the production rate of the dechlorinated methane chloride, which is a reaction product, may decrease.
제1 단계 탈염소화 반응에서 공간속도(GHSV)는 1,000 내지 100,000 mL/g/h 이고, 제1반응물에 포함되는 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄이 100 내지 20,000 ppm 이며, 바람직하게는 공간속도는 5,000 내지 50,000 mL/g/h이고, 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄이 1,000 내지 15,000 ppm이다. 상기 제1 반응물로서의 염화메탄이 100 ppm 미만인 경우에 탈염소화 반응이 충분하게 일어나지 않으며, 20,000 ppm 초과인 경우에는 탈염소화 반응의 효율이 감소할 수 있다.In the first-stage dechlorination reaction, the space velocity (GHSV) is 1,000 to 100,000 mL/g/h, and the amount of methane chloride substituted with two or more chlorines contained in the first reactant is 100 to 20,000 ppm, preferably, the space velocity is 5,000 to 50,000 mL/g/h, and the amount of methane chloride substituted with two or more chlorines is 1,000 to 15,000 ppm. When the amount of methane chloride as the first reactant is less than 100 ppm, the dechlorination reaction does not sufficiently occur, and when it exceeds 20,000 ppm, the efficiency of the dechlorination reaction may decrease.
상기 기상반응에서의 제1 단계의 염화메탄 탈염소화 반응이 기상으로 진행될 경우의 반응온도는 200 내지 350℃ 이다. 상기 반응온도가 200도 미만인 경우에는 본 발명의 탈염소화 반응이 거의 진행되지 않아 수율이 매우 낮고, 350도 초과인 경우에는 상용 알루미나 대비 탈염소화된 염화메탄의 선택성 및 수율이 오히려 낮아질 수 있다. 상기 탈염소화 반응이 액상으로 진행될 경우, 상기 반응온도는 10 내지 30 ℃의 범위에서 진행될 수 있다.In the above-mentioned gas-phase reaction, when the first step of the methane chlorine dechlorination reaction proceeds in the gas phase, the reaction temperature is 200 to 350°C. When the reaction temperature is less than 200°C, the dechlorination reaction of the present invention hardly proceeds, resulting in a very low yield. When the temperature exceeds 350°C, the selectivity and yield of the dechlorinated methane chlorine may actually decrease compared to commercial alumina. When the dechlorination reaction proceeds in the liquid phase, the reaction temperature may proceed in the range of 10 to 30°C.
상기 제2 단계는 제1 단계의 둘 이상의 염소가 치환된 염화메탄의 탈염소화 반응으로부터 생성된 탈염소화된 염화메탄을 분리하는 단계이다. The second step is a step of separating dechlorinated methane chloride produced from the dechlorination reaction of methane chloride substituted with two or more chlorines in the first step.
상기 탈염소화된 염화메탄의 분리는 분리기(Separator)에 의해 수행되며, 상기 분리기는 제1반응 생성물의 성분 분리가 이루어지는 것이라면, 분리 공정 방법이나 세부 공정 개수에 제한되지 않는다.The separation of the above dechlorinated methane chloride is performed by a separator, and the separator is not limited to the separation process method or the number of detailed processes as long as separation of components of the first reaction product is performed.
상기 분리기 내에서 분리된 미반응된 염화메탄은 제1 단계에 재순환될 수 있으며, 재순환 방법으로는 공지된 기체 흐름 이송 공정을 사용할 수 있다.The unreacted methane chloride separated in the above separator can be recycled to the first stage, and a known gas flow conveying process can be used as the recycling method.
또한 본 발명은 염화메탄으로부터 탈 염소화된 염화메탄을 생성하기 위한 시스템으로서, 본원 발명의 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매가 내부 공간에 위치하며, 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄을 포함하는 반응물이 유입되는 유입구 및 상기 반응물이 촉매와 접촉한 뒤 반응기 밖으로 유출되는 유출구를 포함하는 반응기; 상기 반응기로부터의 유출물에서 탈염소화된 염화메탄을 분리하는 분리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄으로부터 탈염소화된 염화메탄을 생성하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 탈염소화된 염화메탄의 분리 후 유출물을 상기 반응기로 되돌리는 재순환기;를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention provides a system for producing dechlorinated methane chloride from methane chloride, characterized in that it comprises a reactor in which the titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chloride dechlorination of the present invention is positioned in an internal space, and which includes an inlet for introducing a reactant including methane chloride substituted with two or more chlorines, and an outlet for flowing the reactant out of the reactor after contacting the catalyst; and a separator for separating dechlorinated methane chloride from an effluent from the reactor. The system may further include a recirculator for returning an effluent of the separated dechlorinated methane chloride to the reactor.
상기 반응기는 고정층 혹은 유동층 반응기일 수 있으며, 상기 분리기는 본 발명이 속하는 기술분야에서 현재까지 공지된 분리기 중 하나 이상을 사용할 수 있다.The above reactor may be a fixed bed or fluidized bed reactor, and the separator may use one or more of the separators known to date in the technical field to which the present invention belongs.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다. 이는 본 발명에 관련된 대표적 예시로서, 이것에 의해 본 발명의 적용 범위가 제한되지는 않는다.Hereinafter, the details of the process of the present invention will be explained through examples, comparative examples, and experimental examples. These are representative examples related to the present invention, and the scope of application of the present invention is not limited thereby.
<실시예 1><Example 1>
혼합 산화물 촉매내 전체 금속 대비 알루미나의 조성비(몰비)가 0.5가 되도록 실온에서 알루미나 전구체인 알루미늄-트리-세크-부톡사이드(aluminum-tri-sec-butoxide, 97%, sigma-aldrich) 15.4 g을 프로판-2-올(propane-2-ol, 99.5%, sigma-aldrich) 및 아세틸아세톤(Acetylacetone, >99%, sigma-aldrich) 혼합물 118.1 mL에 투입한 다음, 티타니아 전구체인 티타늄(IV) 이소프록사이드(Titanium(IV) isopropoxide, 97%, sigma-aldrich) 18.0 g을 상기 혼합물에 투입하여 졸(Sol) 상태의 혼합 산화물 수용액을 제조한다. 0.5 M HNO3 수용액을 점진적으로 투입하여 상기 졸 상태의 혼합 산화물 수용액을 겔(Gel)화한다. 상기 겔화된 혼합 산화물 수용액을 실온에서 2일 동안 건조한 후 분쇄하여 혼합 산화물 파우더를 수득한다. 상기 파우더를 600 ℃에서 5 시간 동안 소성하여 알루미나 조성비가 0.5인 염화메탄 탈염소화반응 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매(Al0.5Ti0.5Ox)를 수득한다.15.4 g of aluminum-tri-sec-butoxide (97%, sigma-aldrich), an alumina precursor, is added to 118.1 mL of a mixture of propan-2-ol (99.5%, sigma-aldrich) and acetylacetone (>99%, sigma-aldrich) at room temperature so that the composition ratio (mole ratio) of alumina to the total metal in the mixed oxide catalyst becomes 0.5, and then 18.0 g of titanium(IV) isopropoxide (97%, sigma-aldrich), a titania precursor, is added to the mixture to prepare a sol-state mixed oxide aqueous solution. A 0.5 M HNO 3 aqueous solution is gradually added to gel the sol-state mixed oxide aqueous solution. The above gelled mixed oxide aqueous solution is dried at room temperature for 2 days and then pulverized to obtain a mixed oxide powder. The powder is calcined at 600°C for 5 hours to obtain a titanium-aluminate mixed oxide catalyst (Al 0.5 Ti 0.5 O x ) for methane chlorination dechlorination having an alumina composition ratio of 0.5.
<비교예 1 내지 4><Comparative examples 1 to 4>
상기 실시예 1에서 혼합 산화물 촉매내 전체 금속 대비 알루미나의 조성비(몰비)가 각각 0.0, 0.2, 0.8 또는 1.0 이 되도록 알루미나 및 티타니아 전구체를 첨가하여 염화메탄 탈염소화반응 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매(Al0.0Ti1.0Ox, Al0.2Ti0.8Ox, Al0.8Ti0.2Ox, Al1.0Ti0.0Ox)를 수득한다.In the above Example 1, alumina and titania precursors are added so that the composition ratio (mole ratio) of alumina to the total metal in the mixed oxide catalyst becomes 0.0, 0.2, 0.8, or 1.0, respectively, to obtain a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane dechlorination (Al 0.0 Ti 1.0 O x , Al 0.2 Ti 0.8 O x , Al 0.8 Ti 0.2 O x , Al 1.0 Ti 0.0 O x ).
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매에 대하여 XRD 결정구조 분석을 실시하였고, 결과를 도 2(a)에 나타내었다.XRD crystal structure analysis was performed on the titanium-aluminate mixed oxide catalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, and the results are shown in Fig. 2(a).
<실험예 2><Experimental Example 2>
실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매에 대하여 NH3-TPD 분석을 실시하였고, 결과를 도 2(b)에 나타내었다.NH 3 -TPD analysis was performed on the titanium-aluminate mixed oxide catalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, and the results are shown in Fig. 2(b).
<실험예 3><Experimental Example 3>
실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매에 대하여 피리딘 FT-IR 분석을 실시하였고, 결과를 도 2(c)에 나타내었다.Pyridine FT-IR analysis was performed on the titanium-aluminate mixed oxide catalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, and the results are shown in Fig. 2(c).
<실험예 4><Experimental Example 4>
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매 600 mg 이 충전된 반응기에 5 v/v%에 상응하는 수분 35.1 g/m3 포함 기체(He 90 내지 99 v/v%) 및 염화메탄 일종인 디클로로메탄 5,000 ppm 을 공간속도(GHSV) 10,000 mL/g/h으로 공급한 다음, 200 내지 400 ℃에서 탈염소화 반응을 기상에서 실시하였다. 상기 탈염소화 반응으로부터 반응온도 및 혼합 산화물 촉매의 금속 구성비에 따른 디클로로메탄의 전환율, 탈염소화반응 생성물인 모노클로로메탄의 선택성 및 수율을 도 3에 나타내었다. A gas containing 35.1 g/m 3 of moisture (He 90 to 99 v/v%) corresponding to 5 v/v% and 5,000 ppm of dichloromethane, a type of methane chloride, was supplied to a reactor charged with 600 mg of the titanium-aluminate mixed oxide catalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 at a gas space velocity (GHSV) of 10,000 mL/g/h, and then the dechlorination reaction was performed in the gas phase at 200 to 400°C. The conversion of dichloromethane, the selectivity and the yield of monochloromethane, a dechlorination reaction product, depending on the reaction temperature and the metal composition ratio of the mixed oxide catalyst from the dechlorination reaction are shown in FIG. 3.
상기 디클로로메탄의 전환율, 모노클로로메탄의 선택성 및 수율은, 하기 식 2에 따라 계산하였다.The conversion of dichloromethane, selectivity and yield of monochloromethane were calculated according to Equation 2 below.
(식 2)(Formula 2)
<실험예 5><Experimental Example 5>
실시예 1(Al0.5Ti0.5Ox) 및 비교예 3(Al2O3)의 염화메탄 탈염소화반응 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매 600 mg 이 충전된 반응기에 5 v/v%에 상응하는 수분 35.1 g/m3 포함 기체(He 90 내지 99 v/v%) 및 염화메탄 일종인 디클로로메탄 5,000 ppm 을 공간속도(GHSV) 10,000 mL/g/h으로 공급한 다음, 상기 혼합 산화물 촉매와 340 ℃에서 250 분 동안 탈염소화 반응을 실시하였다. 상기 탈염소화 반응으로부터 반응시간에 따른 디클로로메탄의 전환율, 모노클로로메탄의 선택성 및 수율을 도 4에 나타내었다. Example 1 (Al 0.5 Ti 0.5 O x ) and Comparative Example 3 (Al 2 O 3 ) were charged with 600 mg of titanium-aluminate mixed oxide catalysts for chloromethane dechlorination, and a gas containing 35.1 g/m 3 of moisture (He 90 to 99 v/v%) corresponding to 5 v/v% and 5,000 ppm of dichloromethane, a type of methane chlorochloride, were supplied at a gas space velocity (GHSV) of 10,000 mL/g/h, and then a dechlorination reaction was performed with the mixed oxide catalyst at 340°C for 250 minutes. The conversion of dichloromethane, and the selectivity and yield of monochloromethane according to the reaction time from the dechlorination reaction are shown in FIG. 4.
<실험예 6><Experimental Example 6>
실시예 1(Al0.5Ti0.5Ox) 의 염화메탄 탈염소화반응 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매 100 mg 이 충전된 반응기에 5 v/v%에 상응하는 수분 35.1 g/m3 포함 기체(He 90 내지 99 v/v%) 및 염화메탄 일종인 디클로로메탄 2,500 내지 10,000 ppm 을 공간속도(GHSV) 60,000 mL/g/h으로 공급한 다음, 상기 혼합 산화물 촉매와 280, 290, 300, 310 또는 320 ℃에서 탈염소화 반응을 각각 실시하였다. 디클로로메탄 농도 및 반응온도에 따른 모노클로로메탄의 생성속도를 도 5에 나타내었다. Example 1 (Al 0.5 Ti 0.5 O x ) Dechlorination of Monochloromethane A titanium-aluminate mixed oxide catalyst was charged to a reactor, and a gas containing 35.1 g/m 3 of moisture (He 90 to 99 v/v%) corresponding to 5 v/v% and 2,500 to 10,000 ppm of dichloromethane, a type of methane chloromethane, were supplied at a gas space velocity (GHSV) of 60,000 mL/g/h, and then the dechlorination reaction was performed at 280, 290, 300, 310, or 320°C with the mixed oxide catalyst, respectively. The production rate of monochloromethane depending on the dichloromethane concentration and reaction temperature is shown in FIG. 5.
<실험예 7><Experimental Example 7>
실시예 1(Al0.5Ti0.5Ox) 및 비교예 3 (Al2O3)의 염화메탄 탈염소화반응 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매 100 mg 이 충전된 반응기에 2, 3.5, 5 또는 6.5 v/v%에 각각 상응하는 수분 14.0 내지 45.6 g/m3 포함 기체(He 90 내지 99 v/v%) 및 염화메탄 일종인 디클로로메탄 2,500, 5,000, 7,500 또는 10,000 ppm 을 공간속도(GHSV) 10,000 mL/g/h으로 공급한 다음, 상기 혼합 산화물 촉매와 300 ℃에서 탈염소화 반응을 실시하였다. 공기에 포함된 수분 농도 및 디클로로메탄 농도에 따른 모노클로로메탄의 생성속도를 도 6에 나타내었다. Example 1 (Al 0.5 Ti 0.5 O x ) and Comparative Example 3 (Al 2 O 3 ) were charged with 100 mg of titanium-aluminate mixed oxide catalysts for chloromethane dechlorination, and a gas containing 14.0 to 45.6 g/m 3 of moisture (He 90 to 99 v/v%) corresponding to 2, 3.5, 5, or 6.5 v/v%, respectively, and 2,500, 5,000, 7,500, or 10,000 ppm of dichloromethane, a type of methane chlorohydrate, was supplied at a gas space velocity (GHSV) of 10,000 mL/g/h, and then a dechlorination reaction was performed with the mixed oxide catalyst at 300°C. The production rate of monochloromethane according to the moisture concentration and dichloromethane concentration contained in the air is shown in FIG. 6.
<분석><Analysis>
도 3을 참조하면, 실시예 1(Al0.5Ti0.5Ox)이 다른 실시예 및 비교예보다 전 반응속도에 걸쳐 디클로로메탄의 전환율이 가장 높고, 반응속도 340 ℃ 이하의 상대적으로 저온 영역에서 실시예 1의 모노클로로메탄의 수율도 가장 높다. Referring to FIG. 3, Example 1 (Al 0.5 Ti 0.5 O x ) has the highest conversion rate of dichloromethane over the entire reaction rate compared to other examples and comparative examples, and the yield of monochloromethane of Example 1 is also the highest in the relatively low temperature range of 340° C. or lower for the reaction rate.
또한 도 4를 참조하면, 실시예 1의 모노클로로메탄의 선택성은 실시예 3인 상용 알루미나보다 동등 이하의 수준이지만, 디클로로메탄의 전환율이 2배 정도 높아 수율 또한 2배 가까이 높은 것을 확인할 수 있다.Also, referring to FIG. 4, it can be confirmed that the selectivity of monochloromethane in Example 1 is at a level equal to or lower than that of commercial alumina in Example 3, but the conversion rate of dichloromethane is about twice as high, so the yield is also nearly twice as high.
본 발명의 혼합 산화물 촉매는 염화메탄 탈염소화 반응에 첨가되어 상용 금속 산화물 촉매 대비 반응물의 전환율, 반응생성물의 수율 등이 보다 높을 것으로 기대되며, 특히 상기 촉매를 구성하는 알루미늄의 조성비가 0.5일 때에 촉매의 효용이 최대화될 것으로 사료된다.The mixed oxide catalyst of the present invention is expected to have a higher conversion rate of reactants, yield of reaction products, etc., when added to a methane chlorodechlorination reaction, compared to a commercial metal oxide catalyst, and in particular, it is thought that the utility of the catalyst will be maximized when the composition ratio of aluminum constituting the catalyst is 0.5.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (12)
[화학식 1]
Al1-nTinOx
(상기 화학식 1에서 n 은 0.2 내지 0.8 이고, x는 1.5 내지 2.0 이다.)
A titanium-aluminate mixed oxide catalyst for dechlorination of methane chlorine substituted with two or more chlorines, characterized in that it converts methane chlorine substituted with two or more chlorines into dechlorinated methane chlorine in the presence of air containing moisture, and has a composition represented by the following chemical formula 1.
[Chemical Formula 1]
Al 1-n Ti n O x
(In the above chemical formula 1, n is 0.2 to 0.8 and x is 1.5 to 2.0.)
상기 염화메탄은 디클로로메탄인 것을 특징으로 하는 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매.
In the first paragraph,
A titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chlorination reaction, characterized in that the methane chloride is dichloromethane.
상기 화학식 1에서 n은 0.4 내지 0.6인 것을 특징으로 하는 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매.
In the first paragraph,
A titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane dechlorination reaction, characterized in that in the above chemical formula 1, n is 0.4 to 0.6.
상기 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매는 상기 화학식 1이 Al0.5Ti0.5Ox 조성을 가지고, 비결정성(amorphous) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매.
In the first paragraph,
The titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the above-mentioned methane dechlorination reaction is a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the above-mentioned methane dechlorination reaction, characterized in that the chemical formula 1 has a composition of Al 0.5 Ti 0.5 O x and has an amorphous form.
상기 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매는 BET 표면적 측정값이 50 내지 400 m2/g 인 것을 특징으로 하는 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매.
In the first paragraph,
The titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the above-mentioned methane dechlorination reaction is a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the methane dechlorination reaction, characterized in that the BET surface area measurement value is 50 to 400 m 2 /g.
수분이 존재하는 액상 또는 기상에서 상기 염화메탄 탈염소화반응용 티타늄-알루미네이트 혼합 산화물 촉매와 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄을 포함하는 제1반응물을 접촉시킴으로서, 탈염소화 반응을 진행시켜 탈염소화된 염화메탄을 포함하는 제1반응 생성물을 형성하는 제1 단계; 및
상기 제1반응 생성물로부터 탈염소화된 염화메탄을 분리회수하는 제2 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄의 제조방법.
A method for producing dechlorinated methane chloride using a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chloride dechlorination according to any one of claims 1 to 5,
A first step of contacting a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for the methane chlorodechlorination reaction with a first reactant including methane chlorodeoxygenated by two or more chlorines in a liquid or gaseous state in which moisture is present, thereby performing the methane chlorodechlorination reaction and forming a first reaction product including dechlorinated methane chlorodeoxygenated; and
A second step of separating and recovering dechlorinated methane chloride from the first reaction product;
A method for producing dechlorinated methane chloride, characterized by comprising:
상기 제1 단계가 기상에서 진행되며, 수분이 0.1 내지 20 v/v% 포함된 기체하에서 탈염소화 반응하는 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄의 제조방법.
In Article 6,
A method for producing dechlorinated methane chloride, characterized in that the first step is carried out in the gas phase and the dechlorination reaction is performed under a gas containing 0.1 to 20 v/v% of moisture.
상기 제1 단계 탈염소화 반응에서 공간속도(GHSV)는 1,000 내지 100,000 mL/g/h 이고, 제1반응물에 포함되는 염소가 둘 이상 치환된 염화메탄은 100 내지 20,000 ppm 인 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄의 제조방법.
In Article 6,
A method for producing dechlorinated methane chloride, characterized in that in the first-stage dechlorination reaction, the space velocity (GHSV) is 1,000 to 100,000 mL/g/h, and the amount of methane chloride substituted with two or more chlorines included in the first reactant is 100 to 20,000 ppm.
상기 제1 단계의 염화메탄 탈염소화 반응에서 기상에서의 반응온도는 200 내지 350 ℃ 이며, 액상에서의 반응온도는 10 내지 30 ℃인 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄의 제조방법.
In Article 6,
A method for producing dechlorinated methane chloride, characterized in that in the first step of the methane chloride dechlorination reaction, the reaction temperature in the gas phase is 200 to 350°C, and the reaction temperature in the liquid phase is 10 to 30°C.
상기 제2단계의 탈염소화된 염화메탄의 분리 후 염화메탄을 포함하는 미반응 화합물을 제1 단계로 재순환시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄의 제조방법.
In Article 6,
A method for producing dechlorinated methane chloride, characterized in that it further comprises a step of recycling an unreacted compound containing methane chloride to the first step after separating the dechlorinated methane chloride in the second step.
상기 반응기로부터의 유출물에서 탈염소화된 염화메탄을 분리하는 분리기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄을 생성하기 위한 시스템.
A reactor comprising a titanium-aluminate mixed oxide catalyst for methane chlorination according to any one of claims 1 to 5, an inlet for introducing a first reactant including methane chlorine substituted with two or more chlorines, and an outlet for flowing out of the reactor after the first reactant comes into contact with the catalyst;
A system for producing dechlorinated methane chloride, characterized by comprising a separator for separating dechlorinated methane chloride from the effluent from the reactor.
분리기에서 탈염소화된 염화메탄의 분리 후 유출물을 상기 반응기로 되돌리는 재순환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈염소화된 염화메탄을 생성하기 위한 시스템.In Article 11,
A system for producing dechlorinated methane chloride, characterized in that it further includes a recirculator for returning the effluent after separation of dechlorinated methane chloride in the separator to the reactor.
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