DMA (Di Methyl Amine)와 CO가 specialized reactor내에서 촉매에 의한 반응을 통해 DMF (Di Methyl Formamide)를 만든다. DMF는 주로 acrylic fibre를 제조하는데 solvent로 많이 사용된다. 이외 polyurethane (PU) processing, 의약 분야, 염료, 페인트 등에도 이용된다. DMF는 무색의 투명하고 냄새가 없는 boiling point가 153°C로 높다.
이는 물을 포함한 유기물이나 무기물에 잘 혼합이 되며 가역반응으로서, 350°C이상에서는 열화되어 CO와 DMA으로 열분해될 수 있다. 수용액에서 끓게 되면 DMF는 점차적으로 가수분해되어 formic acid와 dimethylamine으로 되므로 distillation은 낮은 압력, 온도에서 진행된다. 가수분해가 될 경우 이로 인해 부분적 이온화가 되어 soluton내 전기 전도도가 증가하게 된다.
2 DMF production process block diagram
DMF제조는 크게 2가지 공정이 있으며, 하나는 직접 합성하는 것으로 잉여의 CO가스가 메탄올 촉매하에서 alkali alkoxide (sodium methoxide라고도 함)라고 하는 solvent를 이용하여 액상의 N.N-dimethylamine (DMA)와 반응을 하여 methyl formate가 중간체로 생성한다.
반응은 5~110bar, 50~200°C 범위내에서 진행하는 발열반응이다. effluent는 decompression chamber를 통해 배출되며 여기에는 DMF외에 methanol도 포함한다. 산 또는 물의 일정량은 촉매를 비활성화시키며, 이는 sodium formate를 형성한다. 용해되어 있던 CO가스는 inert gas와 함께 solution으로부터 flashing되어 off gas로서 제거 및 연소된다. 먼저 DMF가 메탄올로부터 분리된 후 이후 두 번째 증류탑에서 순도 99.9%의 제품을 얻는다.
또 다른 공정으로 2단계 합성반응이 있는데 methyl formate가 별도로 준비되어 96% 순도로 주입된다. 여기에 동일한 몰수의 N,N-dimethylamine와 60~100°C, 1~3barg에서 연속 반응한다. 결과적으로 N,N-dimethylformamide와 methanol이 생성된다. 이후 정제과정을 거치며 반응시 촉매가 관여되지 않아 salt의 분리는 요구되지 않는다. 반응물이나 생성물의 부식성이 강해 stainless steel의 재질을 적용한다.
반응을 통해 생성된 crude DMF는 homogeneous catalyst로부터 분리되고 고순도 제품으로 정제된다. 이중 상업적으로 잘 알려진 DAVY™ DMF process를 Johnson Matthey에서 licensing하였다. 무수 DMA와 CO가 연속적으로 반응기에 주입되며 반응기내에는 solvent에 녹아있는 촉매를 포함한다. 반응기를 나온 effluent는 separator로 들어가 crude product가 증발되어 spent catalyst를 분리하고 이는 bottom으로 제거한다.
증발된 crude product는 stripper (3)로 들어가 excess DMA와 catalyst solvent가 reaction system으로 recycle된다. 이후 stripper bottom은 vacuum distillation (4)으로 보내지고 bottom으로 부산물을 얻고, top으로 나오는 product는 purification (5)으로 들어가 고순도 solvent와 fiber grade DMF를 만든다. raw material은 95%이상이며 CO yield는 quality의 함수이다.
또 다른 licensor 공정으로 Formamide와 Methanol을 합성하여 DMF를 생성하는 Dupont process가 있으며 이는 yield가 높고, 생산비용이 낮은 특징이 있다.
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