기술 개요: 아크릴산과 부탄올의 부틸 아크릴레이트

2021년 2월 1일 | 작성자: Intratec Solutions LLC

본 칼럼은 인트라텍(Intratec)에서 발간한 보고서 '아크릴산과 부탄올의 부틸 아크릴레이트 생산 - 비용 분석'을 바탕으로 작성되었습니다. 이는 www.intratec.us/analytics/부틸-아크릴레이트-생산-비용에서 확인할 수 있습니다.

아크릴산의 부틸 에스테르인 아크릴산 부틸은 아크릴산 메틸 및 아크릴산 에틸과 함께 산업적으로 가장 중요한 아크릴레이트 중 하나입니다. 부틸 아크릴레이트의 주요 용도는 아크릴 중합체 생산 및 폴리에틸렌과의 공중합체 제조에 있습니다. 또한 페인트, 밀봉제, 청소 제품 및 접착제의 제제화뿐만 아니라 양쪽성 계면활성제, 수성 수지, 항산화제, 엘라스토머 및 직물 및 종이용 분산액에도 사용됩니다.

부틸 아크릴레이트는 다른 화학 물질 중에서 아세틸렌, 1-부틸 알코올, 일산화탄소, 니켈 카르보닐 및 염산과 관련된 여러 반응을 통해 생산될 수 있습니다. 산업 규모에서 부틸 아크릴레이트는 일반적으로 아크릴산 시설과 통합된 공장에서 에스테르급 아크릴산과 부탄올로부터 생산됩니다.

본 분석에서는 부틸 아크릴레이트 생산을 위한 산업 공정에 대해 논의합니다. 이 공정은 두 가지 주요 섹션으로 구성됩니다: (1) 에스테르화; (2) 정제(그림 1).

그림 1. 다이어그램은 기존 에스테르화를 통한 부틸 아크릴레이트 생산 공정을 나타냅니다.

에스테르화. 아크릴산, 약간 과량의 부탄올 및 p-톨루엔 설폰산 촉매가 반응 시스템에 공급됩니다. 에스테르화 반응기는 반응기 매질로부터 물을 연속적으로 제거하기 위한 증류 시스템에 연결됩니다. 이는 반응 동역학을 개선하고 반응을 에스테르 형성 쪽으로 이동시킵니다. 바닥에 회수된 유기화합물은 에스테르화 반응기로 재활용되며, 물은 촉매 추출용 용매로 사용됩니다.

정화. 회수된 물은 촉매 추출 컬럼으로 공급되어 두 번째 반응기에서 회수된 이전에 냉각된 반응 생성물로부터 촉매를 분리합니다. 촉매 스트림은 에스테르화 반응기로 재순환됩니다. 조 생성물은 세척 컬럼으로 공급되고, 여기서 아크릴산 및 촉매의 잔류물은 가성 용액으로 중화되고 컬럼 바닥 스트림으로서 조 생성물로부터 분리된다. 상부 흐름은 증류되어 부탄올을 회수하고, 이는 상류 탈수 증류탑으로 보내집니다. 마지막 정제 단계에서 컬럼은 조악한 부틸 아크릴레이트 흐름에서 잔류 유기 중질 폐기물을 분리하여 컬럼 오버헤드로 고순도 부틸 아크릴레이트를 생성합니다. 유기 중질 물질은 분해 반응기로 보내지며, 여기서 중질 부산물의 촉매 반응을 통해 여분의 부틸 아크릴레이트가 회수됩니다.

아크릴산부틸은 주로 아크릴산과 부탄올로 만들어지며, 원료 공급원에 따라 다양한 제조 경로를 통해 만들어집니다. 이러한 맥락에서 일반적인 부틸 아크릴레이트 생산 경로는 주로 프로필렌 산화를 통한 아크릴산 제조를 기반으로 하며, 그보다 적은 정도는 에틸렌의 산화적 카르보닐화를 기반으로 합니다(그림 2).

그림 2. 부틸 아크릴레이트에는 여러 가지 생산 경로가 존재합니다.

2017년 1분기에 부틸 아크릴레이트를 생산하는 데 필요한 총 운영 비용(원자재, 유틸리티, 고정 비용 및 감가상각비)은 부틸 아크릴레이트 1톤당 약 1,400달러였습니다. 분석은 미국에 건설된 공장을 기반으로 했습니다. 연간 150,000톤의 부틸 아크릴레이트를 생산합니다.

편집자: 스캇 젠킨스

편집자 주: 이 칼럼의 내용은 Intratec Solutions LLC(휴스턴, www.inratec.us)에서 제공하고 편집자는 Chemical Engineering에서 수행합니다. 제시된 분석 및 모델은 공개적으로 이용 가능한 비기밀 정보를 기반으로 준비되었습니다. 해당 내용은 Intratec의 의견만을 대변합니다. 분석 준비 방법에 대한 자세한 내용은 이용 약관과 함께 www.intratec.us/che에서 확인할 수 있습니다.