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메탄 전화반응 및 에틸렌 전화반응에 의한 프로필렌 합성

전문가 제언: ○ 프로필렌은 나프타로부터 에틸렌을 생산할 때의 부산물로 간주된 적이 있었으나 최근에는 “프로필렌 전환”이라는 말로 표현되는 것처럼 그 수요가 증대되고 있다. 프로필렌은 공업적으로 나프타의 크래킹(수증기 공존), 나프타의 유동접촉분해(수소 공존), 프로판의 탈수소(산소 공존 및 산소 비공존), 올레핀 전화, 메탄올(또는 디메틸에테르)의 전화로 제조되고 있다. 이들 제조법은 지역성, 원료의 확보방법, 경제상항 등에 적합하게 반응이 선정된다.

○ 본고에서는 아직 연구단계에 있으나 프로필렌 합성법에 대한 필자 등의 연구결과인 메탄과 에틸렌과의 반응 및 에틸렌 전화반응에 의한 프로필렌 합성법에 대하여 소개한 것으로 전자의 반응은 산소가 공존하지 않는 조건에서 메탄을 활성화하는 방법, 후자는 높은 선택율의 프로필렌 합성에 중점을 두어 연구한 결과를 보고하고 있다. 에틸렌을 반응원료로 사용할 수 있으면 에탄올에서 프로필렌을 합성할 수 있음을 의미한다.

○ FSO3H-SbF5 등의 초강산으로 CH4가 활성화되어 메탄이 에탄과 수소로 전화되는 것은 보고 된 바 있다. 그러나 H-ZSM-5 등의 프로톤교환 제올라이트에서는 이런 반응이 일어나지 않는다. 초강산 촉매와 에틸렌이 공존하면 메탄과 반응하여 프로판이 생성된다는 사실도 보고 되었다.

○ 13CH4와 에틸렌과의 반응을 H+교환 제올라이트에서 행하면 프로필렌은 생성되나 13C을 포함하는 프로필렌은 생성되지 않는다. 초강산과 H+교환 제올라이트를 촉매로 사용하여 13CH4와 CH2=CH2를 반응시킬 경우의 반응결과를 비교하면 메탄과 에탄의 반응에서는 메탄의 활성화가 불가결하며 에틸렌은 산성 프로톤을 촉매로 사용하여 프로필렌으로 전화시킬 수 있음이 확인되었다.

○ 석유자원은 앞으로 50~60년이면 고갈될 것이라는 시산도 나오고 있다. 이에 대비할 수 있는 기술개발이 시급한 상항이다. 특히 메탄을 직접 변환하여 유용한 화합물인 프로필렌으로 전환하는 기술개발은 앞으로 큰 과제가 될 것이다.

저자: Koji Inazu, Toshhide Baba
자료유형: 학술정보