DMC(디메틸 카보네이트)와 실리콘 오일의 통합 재활용 공정은 겉보기에는 관련이 없어 보이는 두 가지 제품 라인을 결합하여 효율적인 자원 활용, 비용 절감 및 환경적 이점을 달성하는 고도로 통합된 첨단 화학 생산 공정입니다.
핵심 개념
전통적으로 DMC와 실리콘 오일 생산은 독립적입니다.
DMC 생산은 일반적으로 메탄올 산화적 카르보닐화 및 에스테르교환과 같은 방법을 사용하는데, 이는 부산물을 생성하거나 다량의 원료를 소비합니다.
실리콘 오일 생산: 주요 원료는 유기염화실란(예: 디메틸디클로로실란)으로 가수분해 및 응축 과정에서 다량의 염화수소를 생성합니다.
통합 재활용 생산의 핵심은 실리콘 오일 생산의 부산물인 염화수소(HCl)를 DMC 생산의 원료로 사용하는 데 있습니다. 한편, DMC 생산의 부산물(예: 메탄올)이나 제품(DMC 자체)은 후속 실리콘 오일 가공에 사용됩니다. 이는 폐쇄형-자재 순환을 형성하여 폐기물 배출과 원자재 조달을 크게 줄입니다.
통합 순환 생산 공정에 대한 자세한 설명
현재 가장 일반적이고 진보된 통합 순환 공정은 '이온성 액체 DMC 생산'과 '실리콘 오일 생산'의 결합이다.
1부: 실리콘 오일 생산 및 HCl 생성
1. 원료 준비: 금속규소와 염화메틸을 사용하여 '직접법'을 통해 메틸클로로실란 혼합물을 합성합니다.
증류분리 : 혼합물로부터 핵심원료인 디메틸디클로로실란((CH₃)₂SiCl₂)을 분리합니다.
2. 가수분해 및 축합:
(CH₃)₂SiCl₂는 물과 가수분해되어 실라놀과 염화수소(HCl)를 생성합니다.
(CH₃)₂SiCl₂ + 2H₂O → (CH₃)₂Si(OH)₂ + 2HCl
실라놀((CH₃)₂Si(OH)₂))은 매우 불안정하고 빠르게 축합되어 Si-O-Si 골격(실리콘 오일의 기본 중합체)을 갖는 폴리실록산을 형성합니다.
3. 주요 결과:
주요 제품: 폴리실록산(실리콘 오일 베이스).
4. 주요-제품별: 고순도- HCl 가스.
기존 공정에서 이 HCl 가스는 물에 흡수되어 가치가 낮은 염산을 생성하거나 배출 전에 엄격한 처리가 필요하여 자원을 낭비하고 환경 비용을 증가시킵니다.
2부: 이온성 액체를 이용한 DMC 생산(HCl 활용)
이것이 전체 주기의 핵심 단계입니다. 중국과학원 공정공정연구소가 개발한 이 공정은 중국의 원천기술이다.
1. 원재료 : 1부의 프로필렌옥사이드(PO), CO2, 메탄올(MeOH), HCl.
2. 핵심 반응:
1단계: 프로필렌 카보네이트 합성
CH₃-CH-CH2O + CO2 → CH₃-CH-CH2O-COO(프로필렌 카보네이트, PC)
2단계: 이온성 액체-촉매된 DMC로의 에스테르교환반응
이것이 가장 중요한 단계입니다. 여기서 HCl은 직접적인 반응물이 아니지만 촉매를 제조하거나 재생하는 데 사용됩니다.
촉매: HCl과 유기 염기(예: 이미다졸)의 반응으로 형성된 염화물 염과 같은 특수 이온 액체 또는 기능화된 이온 액체입니다.
반응: 프로필렌 카보네이트(PC)와 메탄올(MeOH)은 이온성 액체 촉매의 작용으로 에스테르 교환 반응을 거쳐 DMC와 프로필렌 글리콜(PG)을 생성합니다. PC + 2MeOH → DMC + PG
촉매 역할: 이온성 액체의 음이온(예: Cl⁻) 또는 산성 부위는 반응물을 효과적으로 활성화하여 반응 속도와 선택성을 높입니다. 반응 후 촉매는 생성물에서 쉽게 분리되어 재활용될 수 있다.
3. 주요 결과:
주요 제품: 고순도-디메틸카보네이트(DMC).
부산물-: 역시 귀중한 화학 제품인 프로필렌 글리콜(PG).
촉매: 이온성 액체 촉매는 회수되어 추가 사용을 위해 반응기로 반환됩니다.
3부: 루프 폐쇄 및 상호 자재 공급
이것이 "통합 사이클"의 본질입니다.
1. HCl Recycling : 실리콘 오일 생산 라인에서 생성된 HCl을 DMC 생산 라인으로 정밀하게 이송하여 이온성 액체 촉매의 활성과 양을 조제하거나 유지하는데 사용됩니다.
2. 메탄올/DMC 재활용:
DMC 생산에는 메탄올이 소비됩니다.
생성된 DMC는 제품으로 판매되거나 부분적으로 실리콘 오일 생산 라인으로 반환될 수 있습니다. 실리콘 오일 후처리-에서 DMC는 말단 캡핑제로 사용되어 실리콘 오일의 분자량과 말단 그룹을 제어하고 기존의 독성 시약(예: 헥사메틸디실라잔)을 대체하고 생산 공정을 더욱 환경 친화적으로 만드는 데 사용할 수 있습니다.
폐기물 최소화: 두 프로세스 모두 최소한의 폐기물을 생성합니다. DMC 경로의 부산물인 프로필렌 글리콜(PG)은 순수하며 상용 제품으로 직접 판매될 수 있습니다.
3. 주요 결과:
주요 제품: 고순도-디메틸카보네이트(DMC).
부산물-: 역시 귀중한 화학 제품인 프로필렌 글리콜(PG).
촉매: 이온성 액체 촉매는 회수되어 추가 사용을 위해 반응기로 반환됩니다.
통합 순환 생산의 중요한 이점
1. 경제적 이익의 극대화:
폐기물을 보물로 전환: 실리콘 오일의 부산물(및 처리 비용)인 HCl은 고부가가치 DMC 생산의 요소로 전환되어 DMC 생산 비용을 크게 절감합니다.
원자재 비용 절감: 외부 HCl 또는 기타 산성 촉매의 필요성이 줄어들거나 심지어 제거됩니다.
제품 다양화 및 높은 가치: 두 가지 고{0}}부가가치-화학물질(DMC 및 실리콘 오일)의 동시 생산과 PG의 공동 생산-으로 회사의 시장 위험 탄력성이 향상됩니다.
2. 상당한 환경적 이점(친환경 화학의 모델):
높은 원자 경제성: 원자재의 거의 모든 원자가 최종 제품에 사용되어 소스에서 "3가지 폐기물"의 생성을 줄입니다.
친환경 공정: 환경 친화적인 이온성 액체 촉매를 사용하여 기존 DMC 생산 공정에서 포스겐 및 염화메틸과 같은 독성이 높은 물질을 대체합니다.
탄소배출 저감 : CO2를 원료로 활용하여 이산화탄소의 자원 활용을 실현하는 공정입니다.
3. 기술 및 전략적 이점:
높은 기술 장벽: 우리는 고유하고 복제하기 어려운{0}}핵심 기술 세트, 특히 이온성 액체 촉매를 개발하여 강력한 경쟁 우위를 확보했습니다.
산업 체인 시너지: 우리는 실리콘과 탄산염 산업의 두 가지 주요 산업 체인의 원활한 통합을 달성했으며, 이는 화학 산업에서 "결합 공생" 모델의 뛰어난 사례를 나타냅니다.
DMC와 실리콘 오일의 통합 재활용 생산은 -'친환경, 효율적, 순환 및 통합'을 향한 현대 화학 산업의 최첨단 추세를 나타냅니다. 이는 기술 혁신일 뿐만 아니라 생산 개념과 비즈니스 모델의 혁명으로 전 세계 화학 산업의 지속 가능한 발전을 위한 성공적인 모델을 제공합니다.
