[화공생명공학] Acetaldehyde From Acetic Acid 예비보고서
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분야
hwp1. The methods of manufacturing acetaldehyde
1) Reaction of ethanol with silver catalyst
2) Wacker oxidation of ethylene
3) Hydration of acetaldehyde
4) Reacting synthesis gas with silica catalyst
5) Reaction of methanol with synthesis gas
2. Problem of current method – Wacker process
3. New method – Acetaldehyde from acetic acid
향후 진행 방향
Acetaldehyde는 많은 유기공업의 원료가 되며, 플라스틱이나 합성고무 등의 중간원료로서 상업적으로 유용하게 이용되고 있다. 이것은 주로 ethylene을 반응물로 하는 Wacker process 제조과정을 통해 만들어지는데, 원료비가 비싸고 공정상에서 반응기의 부식이 일어나며 원료의 과산화 등 수율이 좋지 못하다는 단점이 있다. 이런 문제점들의 해결방안으로 acetaldehyde을 얻을 수 있는 새로운 공정 과정을 생각해 볼 수 있는데, acetic acid로부터 acetaldehyde를 얻는 방법이 그것이다.
이 공정과정은 반응물 acetic acid로부터 acetaldehyde를 생산하는 것을 주된 반응으로 하여, ethanol, acetone, ethyl acetate를 생산하는 부반응이 일어난다. 주반응물인 acetic acid는 값싼 methanol로부터 쉽게 얻어 낼 수 있으며, 촉매를 이용하여 acetaldehyde의 수율과 전환율을 높일 수 있다.
1. The methods of manufacturing acetaldehyde
1) Reaction of ethanol with silver catalyst
이 방법은 ethanol을 480℃의 공기 하에서 silver catalyst를 이용하여, acetaldehyde를 생산해 내는 방법이다.
2) Wacker oxidation of ethylene
ethylene을 사용함으로써, 위에서 ethanol을 사용하는 방법에 비하여, 더욱 직접적인 방법으로 acetaldehyde를 생산해 내는 방법이다.
3) Hydration of acetaldehyde
mercury salts를 촉매로 이용함으로써, acetaldehyde의 생산방법이다. 하지만 이것은 환경적 문제와 안전문제에서 다루기가 어렵고 결과적으로 이는 추가적인 가격 상승요인으로 작용하게 된다.
4) Reacting synthesis gas with silica catalyst
이 방법은 높은 압력과 높은 온도에서 silica catalyst의 rhodium을 이용하여, acetaldehyde를 생산하는 방법이다. 이것은 selectivity가 굉장히 낮으며, 상업적으로는 이용가치가 낮다는 문제점이 있다.
5) Reaction of methanol with synthesis gas
cobalt iodide 촉매를 사용해 methanol을 반응시켜 acetaldehyde를 생산해내는 방법이다.
위와 같은 방법들이 존재하지만, 경제적으로 높은 가격을 필요로 하고, 환경적으로 문제가 많은 점 등 상업적으로 바람직하지 않은 양상을 보이므로, 공정과정에서handling 하는 데에 문제가 없으며, 가격측면에서 효율이 큰, 이용 가능한 방법의 개발이 필요하다.
2. Problem of current method – Wacker process
현재 흔히 이용되고 있는 Wacker process 방법은 ethylene의 부분 산화 반응으로 아래와 같은 반응식을 따른다.
C2H4+2CaCl2+H2O -> CH3CHO+2HCl+2CaCl2
2CaCl2+2HCl+1/2O2 -> 2CaCl2+H2O
반응물로 이용되는 ethylene은 원료비가 비싸고, 공정 과정에서 반응기 부식의 문제점이 있으며 원료의 과산화로 인해 수율이 떨어지는 단점이 있다.
[Figure 1. Wacker process 공정도]
