초록 ▼

I. 제 목 환경친화적 중합금지제 제조를 위한 저오염 PTBC 생산 공정기술 개발에 관한 연구 II. 연구개발의 목적 및 필요성 목 적 : 두 개의 수산기가 치환된 방향족 화합물 중 카테콜의 유도체인 PTBC (para-tertiary butyl catechol)를 폐산, 폐수 발생없이 환경친화적 방법으로 제조할 수 있는 고체산 촉매 및 공정개발. 필요성 : 화석 연료 사용증가에 따른 환경 오염 심화 정밀화학 분야에서 폐산, 폐수 등의 배출 규제 엄격 소량 다품종의 고부가가치 정밀화학 제품 전량 수입 의존 국산화 가

I. 제 목 환경친화적 중합금지제 제조를 위한 저오염 PTBC 생산 공정기술 개발에 관한 연구 II. 연구개발의 목적 및 필요성 목 적 : 두 개의 수산기가 치환된 방향족 화합물 중 카테콜의 유도체인 PTBC (para-tertiary butyl catechol)를 폐산, 폐수 발생없이 환경친화적 방법으로 제조할 수 있는 고체산 촉매 및 공정개발. 필요성 : 화석 연료 사용증가에 따른 환경 오염 심화 정밀화학 분야에서 폐산, 폐수 등의 배출 규제 엄격 소량 다품종의 고부가가치 정밀화학 제품 전량 수입 의존 국산화 가능 최근 환경과 경제성 중요함 인식 균일계 촉매 공정 고체산 불균일계 저오염공정 대체 절실 III. 연구개발의 내용 및 범위 주요사업내용 및 범위 제품의목표, 사양, 성능 등 1차년도 : 알킬화 고체산 촉매 제조 및 알킬화 반응 최적화 기술 확립 - 촉매활성 및 선택도 최적화 기술 연구 - 촉매의 피독 조사 (실험실규모) - PTBC 수득률 65%, 선택도 95% (Bench 규모) - PTBC 생성량 1kg/h - PTBC 수득률 55%, 선택도 93% 2차년도 : 알킬화 반응 최적화 기술의 pilot 화 - 최적 촉매의 수명조사 및 성형화기술 확립 - 생성물 분리기술 확립 - 현장적용을 위한 scale- up 시험연구 (Pilot 설계제작및운용) - PTBC 20kg/일생산 - PTBC 수득률 45%, 선택도 90% 순도 99.5% 3차년도 : 실용화 기술 확립 - 파일롯에 의한 시작품 제작 - 상용화를 위한 연속 생산 공정 설계 - (참여기업) premarketing - PTBC 20kg/일생산 - PTBC 1톤/일생산규모설계 - PTBC 수득률 60%, 선택도 90%, 순도 99.5% IV. 연구개발결과 [1] 1차년도 산성도 및 구조가 다른 다공성 제올라이트 제조 고상반응법, 이온교환법, 화학증착법 등을 통한 다공성 제올라이트 수식 반응조건 최적화 반응온도(100- 170 ) WHSV(6- 43h-1) 반응물비(0.5<알킬화시약/카테콜<1.5) 알킬화시약(3차부탄올 및 이소부틸렌) 등 분광학 (FT- IR 및 XPS)에 의한 표면 산성도 조사 [2] 2차년도 분광학에 의한 반응경로 확인 : 친전자 치환반응에 의한 주 생성물 3- TBC(3-tert- butylcatechol), 4- TBC(4- tert-butylcatechol), 3,5-DTBC(3,5-di- tert-butylcatechol) 이소부텐에 의한 알킬화 반응 적용 : 85%의 카테콜 전환율과 90%의 4- TBC 선택성을 나타내는 반응조건 확립 촉매의 비활성화(deactivation) 원인 규명 및 재생방법 수립 실험실적 규모의 약 30배 수준의 Bench 규모 실증화를 통하여 실험실적 연구결과 확보 [3] 3차년도 파일롯 규모의 반응장치 및 생성물 분리 장치를 참여기업에 설치, 가동 중 생성양 : 10kg/일 PTBC 수득률 60%, 선택도90%, 순도 99.5% 시제품에 대한 Premarketing 수행 중 생성양 500톤/년 규모의 플랜트 설계 중 연구개발성과 특허(건) : 국내 1건 획득, 1건 출원 중 논문발표 (건) : 국내 1건, 국외 3건 학술발표 (건) : 국내 3건, 국외 2건 기타 : 박사 1명 배출 V. 연구개발결과의 활용계획 (1)관련기업(애경화학)에 기술 이전 및 상용화 플랜트 건설 (2)기술개발효과 가. 기술적 측면 수산화 방향족 화합물 알킬화 반응용 고체산 촉매 개발 환경 친화적 고체산 촉매의 사용으로 폐산 및 폐수 생성 억제 제올라이트 소재의 새로운 용도 개발 나. 경제 산업적 측면 제올라이트 응용성 증대로 국내 제올라이트 제조분야의 수요 촉진 환경친화적 공정개발로 기존 공정의 폐수처리 비용 절감 국내 기술개발로 수입대체 효과 (약 770만불) 수입 상승율 년평균 50% 감안할 때, 2000년 상기 정밀화학제품 수입량은 1155만$으로 예측됨

Abstract ▼

I.Title Development of environmentally- benigned manufacturing process for polymerization inhibitor PTBC II. Purpose and Necessity Purpose : Development of solid acid catalyst and method for the production of tert-butylated catechol from catechol without waste acid and water as byproduct Nece

I.Title Development of environmentally- benigned manufacturing process for polymerization inhibitor PTBC II. Purpose and Necessity Purpose : Development of solid acid catalyst and method for the production of tert-butylated catechol from catechol without waste acid and water as byproduct Necessity : Contamination of environment by using fossil fuel Severe regulation of waste acid and water in the fine chemical industry Development of domestic technology for the production of high- valued imported fine chemicals. Awareness of significance of environment and Economics Substitution of homogeneous catalysis by heterogeneous catalysis III. Work scope of Research 1yr: *work scope : Preparation of solid acid catalsyt for alkylation and optimization of reaction condition - test catalytic activity and selectivity - optimization by screeing - study on the catalyst deactivation *target : (Lab scale) - PTBC yield 65%, selectivity 95% (Bench scale) - PTBC production 1kg/h - PTBC yield 55%, selectivity 93% 2yr : *work scope : Construct and apply to pilot test - test the life time and pelletization of the catalyst - separation of reaction product - scale-up test *target : (Pilot construction and operation) - PTBC production 20kg/day - PTBC yield 45%, selectivity 90% purity 99.5% 3yr : *work scope : Field test - Manufacturing the trial product with pilot - Plant drawing for commercialization - premarketing - PTBC 20kg/day - Plant draqing for PTBC production with 1ton/day - PTBC yield 60%, selectivity 90%, purity 99.5% IV. Results [1] 1st year Preparation of nanoporous zeolite with different acidity and pore structure Modification of zeolite with solid- state reaction, ion-exchange and chemical vapor deposition Optimization of reaction conditions reaction temperature (100- 170 ) WHSV(6- 43h-1) ratios of reactant (0.5alkylating agent (tert-butylalcohol or isobutylene) Investigations of surface acidity by spectroscopies such as FT- IR and XPS. [2] 2nd year A study on the reaction mechanism : electrophilic substitution with main products of OTBC(3-tert- butylcatechol), PTBC(4-tert- butylcatechol), DTBC(3,5- di-tert-butylcatechol). Alkylation with isobutylene : 85% of catechol conversion and 90% of PTBC selectivity Identification and elucidation of catalyst deactivation and reusability of used catalyst. Bench scale reaction by scaling up 30 times of the lab scale experiments. [3] 3rd year Set up and operate the pilot scale reactor and separator at Aekyung Chemical Co. Product amount : 10kg/day PTBC yiels 60%, selectivity 90%, purity 99.5% Being under premarketing with the pilot product Being under drawing of plant with scale of 500 ton/year achievement from this project - patent : one patent registered, one patent being applied - research article : one for domestic, and three for int"l journal - academic presentation : three for domestic academic meeting and two for int"t academic meeting - graduate one Ph.D. V. Application plan for developed technology Technology transfer to the related company and construct plant for commercialization

목차 Contents

• 제 1 장 서론...15
• 제 1 절기술 개발의 중요성(필요성)...15
• 1. 국내외 정밀화학 산업현황...17
• 2. 고체산 촉매의 종류 및 역할...26
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...26
• 제 1 절외국의 경우...29
• 1. 사전오염방지용 청정생산공정...30
• 2. 최대의 원자 효율을 얻을 수 있는 청정생산공정...32
• 3. 인간과 환경에 무해한 화합물의 사용과 생산을 위한 청정생산공정...33
• 4. 선택적 촉매를 활용하는 청정생산공정...35
• 제 2 절 고체산 촉매 활용 기술 현황 분석...36
• 1. 고체산 촉매 공정의 중요성...36
• 2. 고체산 촉매 청정 생산공정 개발 사례...41
• 제 3 절 국내의 경우...49
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...49
• 제 1 절 실험방법...50
• 1. 촉매제조...50
• 2. 촉매특성조사...51
• 3. 촉매활성조사...51
• 4. 생성물 분석방법...51
• 제 2 절 실험결과...53
• 1. 3차 부틸알콜에 의한 카테콜 알킬화 반응...53
• 2. 이소부틸렌에 의한 카테콜 알킬화반응...57
• 3. 파일롯 운전 최적조건 수립...67
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...76
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...77
• 제 6 장 참고문헌...77