KR100915840B1 - Cu/Co/SiO2-BASED COMPOSITE CATALYST USED FOR THE DEHYDROGENATION OF DIETHYLENEGLYCOL - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정상 반응기에서 기상 공정으로 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고선택성 및 고수율로 장기간 연속적으로 제조할 수 있는 촉매로서, 열안정성과 반응 활성 및 선택성이 우수하며 화학식 1로 표기되는 조성을 갖는 구리/코발트/실리카계 복합 촉매를 제공한다:The present invention is a catalyst capable of continuously producing p-dioxanone from diethylene glycol for a long period of time with high selectivity and high yield by a gas phase process in a fixed bed reactor, and has excellent thermal stability, reaction activity and selectivity, and is represented by Chemical Formula 1 A copper / cobalt / silica based composite catalyst having a composition is provided:

[화학식 1][Formula 1]

CuO(a) CoO(b) M1(c) M2(d) M3(e) SiO2(f) CuO (a) CoO (b) M1 (c) M2 (d) M3 (e) SiO 2 (f)

상기 식에서,Where

M1은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)중에서 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속의 산화물을 나타내고;M 1 represents an oxide of at least one alkaline earth metal selected from magnesium (Mg), calcium (Ca) and barium (Ba);

M2는 개량제 성분으로서 아연(Zn), 크롬(Cr), 망간(Mn), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 나타내고;M2 represents an oxide of at least one metal selected from the group consisting of zinc (Zn), chromium (Cr), manganese (Mn), silver (Ag) and nickel (Ni) as a modifier component;

M3는 텔루륨(Te) 및 셀레륨(Se)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 나타내고;M 3 represents an oxide of at least one metal selected from the group consisting of tellurium (Te) and selenium (Se);

(a), (b), (c), (d) 및 (e)는 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서, 각각 50 ~ 87%, 2 ~ 10%, 0.01 ~ 5%, 0 ~ 2%, 0.001 ~ 2% 및 10 ~ 40% 범위임.(a), (b), (c), (d) and (e) are percentages based on the weight of the catalyst, 50 to 87%, 2 to 10%, 0.01 to 5%, 0 to 2%, respectively. , 0.001 to 2% and 10 to 40%.

디에틸렌글리콜, p-디옥사논, 구리/코발트/실리카계 복합 촉매 Diethylene glycol, p-dioxanone, copper / cobalt / silica complex catalyst

Description

디에틸렌글리콜의 탈수소 반응에 사용되는 구리/코발트/실리카계 복합 촉매 {Cu/Co/SiO2-BASED COMPOSITE CATALYST USED FOR THE DEHYDROGENATION OF DIETHYLENEGLYCOL}Copper / Cobalt / Silica Composite Catalysts for Dehydrogenation of Diethylene Glycol {Cu / Co / SiO2-BASED COMPOSITE CATALYST USED FOR THE DEHYDROGENATION OF DIETHYLENEGLYCOL}

본 발명은 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고정상 반응기에서 기상상태로 연속적으로 제조하는데 유용한 탈수소 고리화 반응용 촉매에 관한 것으로서, 구체적으로는, 온화한 반응 조건 하에서 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고선택성 및 고수율로 합성할 수 있으며, 촉매의 수시 재활성화 조작을 수행하지 않고도 장기간 안정적으로 p-디옥사논을 합성할 수 있는 구리/코발트/실리카계 복합 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for the dehydrogenation cyclization reaction which is useful for continuously preparing p-dioxanone from diethylene glycol in a gas phase in a fixed bed reactor. Specifically, the present invention relates to p-dioxane from diethylene glycol under mild reaction conditions. The present invention relates to a copper / cobalt / silica based composite catalyst capable of synthesizing rice fields with high selectivity and high yield, and capable of stably synthesizing p-dioxanone over a long period of time without performing a reactivation operation of the catalyst.

p-디옥사논은 생분해성 폴리머의 단량체나 모포리논(morpholinone) 유도체 및 기타 유기 합성원료로 사용된다. 특히, p-디옥사논은 생체 흡수 특성을 갖는 모노필라멘트형 수술용 봉합사로 사용되고 있는 폴리(p-디옥사논)의 중합 원료로 유용하며, 폴리(p-디옥사논)은 가열하에서 용이하게 분해되어 모노머인 p-디옥사논을 거의 정량적으로 회수하여 사용할 수 있기 때문에 재활용도가 높은 재료로 주목받고 있다. p-dioxanone is used as a monomer of biodegradable polymers or morpholinone derivatives and other organic synthetic raw materials. In particular, p-dioxanone is useful as a polymerization raw material of poly (p-dioxanone) which is used as a monofilament type surgical suture having bioabsorption properties, and poly (p-dioxanone) is easily heated under heating. It is attracting attention as a highly recyclable material because it can be decomposed to recover quantitatively the monomer p-dioxanone.

p-디옥사논을 제조하는 방법으로는 여러 가지가 있으나, 촉매 상에서 디에틸There are several ways to prepare p-dioxanone, but diethyl on the catalyst

렌글리콜로부터 직접 제조하는 것이 가장 단순하고 경제적인 것으로 평가되고 있다. 디에틸렌글리콜을 기상에서 탈수소 고리화하여 p-디옥사논을 제조하는데 사용되는 촉매로서, 미국 특허 제2,900,395호는 구리-크롬 촉매계를; 미국특허3,119,840호는 구리/퍼미스(pumice)계 촉매를; 미국특허 5,310,845호는 알루미나에 구리, 아연 및 칼륨 등의 알칼리성 성분을 담지한 촉매계를; 일본 특개 1998-120675호는 산강도(Ho)가 1.5보다 강한 산점의 총량을 규정한 담체에 구리를 담지한 촉매를; 그리고 일본 특개 2000-351775호는 상기 일본 특개 1998-120675호에 따른 촉매에 기초하여 담지된 구리의 최대 입경이 0.5 ㎛이하로 조절된 촉매를 제시한다.Producing directly from lene glycol is said to be the simplest and most economical. As a catalyst used to prepare p-dioxanone by dehydrogenation of diethylene glycol in the gas phase, US Pat. No. 2,900,395 discloses a copper-chromium catalyst system; U.S. Patent 3,119,840 discloses a copper / pumice based catalyst; U. S. Patent No. 5,310, 845 discloses a catalyst system in which alumina supports alkaline components such as copper, zinc and potassium; Japanese Patent Application Laid-Open No. 1998-120675 discloses a catalyst in which copper is supported on a carrier which defines a total amount of acid point where the acid strength (Ho) is stronger than 1.5; In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-351775 proposes a catalyst whose maximum particle diameter of supported copper is adjusted to 0.5 µm or less based on the catalyst according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 1998-120675.

그러나, 담지 촉매를 포함한 상기 공지된 촉매들의 공통적인 문제점은 촉매 수명이 매우 짧다는 것으로, 예를 들어 일본 특개 2000-351775호는 구리와 아연 및 칼륨 성분을 알루미나에 담지한 촉매계에서 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논으로의 초기 전환율이 100%이지만 12시간 반응 후에 전환율은 88%, 100시간 계속 반응 후 전환율이 22%까지 떨어지는 것을 개시하고 있는 바, 고정상 반응기에서 연속 공정 운전을 위한 공업용 촉매로서 사용하기에는 부적합한 문제점이 있다.However, a common problem of the above known catalysts, including supported catalysts, is that the catalyst life is very short, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-351775 discloses diethylene glycol in a catalyst system in which copper, zinc and potassium components are supported on alumina. The initial conversion rate to p-dioxanone is 100%, but the conversion rate is 88% after 12 hours of reaction, and the conversion rate drops to 22% after 100 hours of continuous reaction. As an industrial catalyst for continuous process operation in a fixed bed reactor, There is a problem that is not suitable for use.

이와 같은 급격한 전환율 감소는, 촉매 활성 성분의 소결(sintering) 이나 카본 코킹 등의 원인에 의해서 촉매가 쉽게 비활성화 되기 때문이다. 디에틸렌글리콜을 기상에서 탈수소화하여 p-디옥사논을 제조하는 반응은 통상 250 ~ 350℃에서 수행되는데, 반면 미세구리 입자의 소결 진행온도가 180℃ 정도(참고문 헌:Topics in Catalysis 8(1999)259)임을 고려할 때, 주성분이 구리인 촉매 활성입자의 소결에 의한 비활성화를 피할 수는 없다. Such rapid conversion decreases because the catalyst is easily deactivated due to sintering of the catalytically active component, carbon caulking, or the like. The reaction for producing p-dioxanone by dehydrogenation of diethylene glycol in the gas phase is generally performed at 250 to 350 ° C., whereas the sintering temperature of the microcopper particles is about 180 ° C. (Refer to Topics in Catalysis 8 ( 1999) 259), deactivation by sintering of catalytically active particles whose main component is copper is inevitable.

또한, 촉매 반응 생성물인 p-디옥사논은 반응물(또는 미반응물)인 디에틸렌글리콜과 같은 히드록시기를 갖는 화합물 존재 하에서 쉽게 중합되는 특징을 갖는데 (중합 개시제로서 역할), 촉매층 내에서 이러한 중합물에 의한 코크의 생성으로 인하여 촉매의 활성 저하가 빠르게 진행되는 문제점이 있다. 이를 지연시키기 위해서는 반응을 고전환율 조건 하에서 운전해야 하고, 이는 반응 선택성을 떨어뜨리는 한 원인이 된다.In addition, p-dioxanone, which is a catalytic reaction product, is characterized by being easily polymerized in the presence of a compound having a hydroxy group such as diethylene glycol, which is a reactant (or unreacted product) (which serves as a polymerization initiator). Due to the formation of coke, there is a problem that the deterioration of the catalyst proceeds rapidly. To delay this, the reaction must be run under high conversion conditions, which is one cause of poor reaction selectivity.

한편, 촉매 상에 카본 코킹을 완화시킬 목적으로 디에틸렌글리콜와 함께 수소가스를 첨가하는 방법이 제안되었다 (미국 특허 제3,119,840호, 미국 특허 제5,310,945호, 일본 특개 1998-120675호, 일본 특개 2000-351775호). 그러나 미국 특허 제5,310,945호에서는 140시간 이후 전환율 감소를 가 예시하고 있고, 일본 특개 2000-351775호에서도 100시간 이후 전환율 감소가 예시되고 있어, 연속공정 운전 시 잦은 재활성화 조작을 해야 하므로, 기상 공정을 위한 공업용 촉매로서 종래에 알려진 탈수소 고리화 촉매들을 사용하는 것은 문제가 있다.On the other hand, a method of adding hydrogen gas together with diethylene glycol has been proposed for the purpose of alleviating carbon coking on a catalyst (US Patent No. 3,119,840, US Patent No. 5,310,945, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1998-120675, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-351775). number). However, U.S. Patent No. 5,310,945 illustrates the conversion rate reduction after 140 hours, and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-351775 also illustrates the conversion rate reduction after 100 hours, and thus requires frequent reactivation operations during continuous process operation. The use of conventionally known dehydrogenated cyclization catalysts as an industrial catalyst for this is problematic.

한편, 본원 발명자들은 이와 같은 문제점을 보완하기 위하여, 개선된 특성을 갖는 효율적인 촉매 및 이러한 촉매의 제조 방법을 개발하였고, 기상 촉매 공정으로 연속 운전이 가능한 "디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 제조하는 방법" (대한민국 특허 제 0558576호) 및 "디에틸렌글리콜의 탈수소 반응에 사용되는 구리/실리카계 나노복합체 촉매의 제조방법" (대한민국 특허 출원 제 2006-34776호)에 대한 특허를 출원한 바 있다. 그러나 상기 출원 발명에 따른 촉매는 활성 및 열안정성의 획기적인 개선으로 공업 촉매로서 활용성을 높혔지만 개선의 여지가 없는 것은 아니다. 예컨데, 촉매 활성의 주성분인 구리를 코발트나 니켈성분으로 개량할 경우 촉매활성과 반응 안정성이 보다 증진되는 것을 발견하였지만, 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 합성하는 과정에서 2-메톡시에탄올과 같은 부산물의 생성이 증가되어 p-디옥사논의 선택도가 감소하기 때문에 상기 출원 발명에서는 코발트나 니켈성분을 선택성분으로 사용하거나, 사용량도 0.001 ~ 5%, 바람직하게는 0.001 ~ 2%의 낮은 범위로 제한할 수밖에 없어서, 높은 활성 및 선택성에도 불구하고 장기 반응 안정성을 확보하는데는 미흡한 점이 있었다. 특히, 2-메톡시에탄올의 부생은 코발트 성분에 비해 니켈성분으로 개량시 더욱 뚜렷하게 증가되었다.On the other hand, the present inventors have developed an efficient catalyst having improved characteristics and a method for preparing such a catalyst, in order to compensate for such a problem, the production of p-dioxanone from "diethylene glycol capable of continuous operation in the gas phase catalyst process (Korean Patent No. 0558576) and "Method for preparing a copper / silica-based nanocomposite catalyst used for dehydrogenation of diethylene glycol" (Korean Patent Application No. 2006-34776). . However, although the catalyst according to the present invention has increased the utility as an industrial catalyst due to the dramatic improvement in activity and thermal stability, there is no room for improvement. For example, when copper, which is the main component of catalytic activity, was improved to cobalt or nickel, it was found that catalytic activity and reaction stability were more enhanced. However, 2-methoxyethanol and dimethoxysanol were synthesized in the process of synthesizing p-dioxanone from diethylene glycol. In the present invention, cobalt or nickel may be used as an optional ingredient because the production of the same by-products is increased and the selectivity of p-dioxanone is decreased, or the amount of use thereof is in the range of 0.001-5%, preferably 0.001-2%. Inevitably limited to, there was a lack in securing long-term reaction stability in spite of high activity and selectivity. In particular, the by-product of 2-methoxyethanol was more markedly increased when improved to the nickel component than the cobalt component.

이에, 본원 발명자들은, 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고정상 반응기에서 기상 공정으로 연속적으로 제조하는데 있어서 공업적으로 활용성이 보다 높은 촉매를 개발하기 위하여 꾸준히 연구한 결과, 기존의 구리-실리카계 복합촉매를 상당량의 코발트 성분으로 개량시에 필연적으로 나타나는 2-메톡시에탄올의 부생량 증가를 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se) 등의 성분을 첨가하여 개량할 시 획기적으로 억제시킬 수 있으며, 궁극적으로 p-디옥사논의 선택도를 유지하면서 촉매의 활성 및 수명을 향상시킬 수 있슴을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention have steadily studied to develop a more industrially useful catalyst for continuously producing p-dioxanone from diethylene glycol in a gas phase process in a fixed bed reactor. Increasing by-products of 2-methoxyethanol, which is inevitably generated when improving a cocatalyst with a significant amount of cobalt, can be significantly suppressed when adding a component such as tellurium (Te) or selenium (Se). Finally, the inventors have found that the activity and lifetime of the catalyst can be improved while maintaining the selectivity of p-dioxanone.

따라서, 본 발명의 목적은 고정상 반응기에서 기상 공정으로 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고선택성 및 고수율로 장기간 연속적으로 제조할 수 있는 공업적으로 활용성이 높은 탈수소 고리화 촉매로서, 반응 활성과 선택성 및 장기반응 안정성이 우수한 구리/코발트/실리카계 복합 촉매를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-efficiency and high yield of dehydrogenation cyclization catalyst which can continuously produce p-dioxanone from diethylene glycol for a long time in a gas phase process in a fixed bed reactor. It is to provide a copper / cobalt / silica composite catalyst having excellent activity, selectivity and long-term reaction stability.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표기되는 조성을 갖는 촉매를 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst having a composition represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

CuO(a) CoO(b) M1(c) M2(d) M3(e) SiO2(f) CuO (a) CoO (b) M1 (c) M2 (d) M3 (e) SiO 2 (f)

상기 식에서,Where

M1은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)중에서 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속의 산화물을 나타내고;M 1 represents an oxide of at least one alkaline earth metal selected from magnesium (Mg), calcium (Ca) and barium (Ba);

M2는 개량제 성분으로서 아연(Zn), 크롬(Cr), 망간(Mn), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 나타내고;M2 represents an oxide of at least one metal selected from the group consisting of zinc (Zn), chromium (Cr), manganese (Mn), silver (Ag) and nickel (Ni) as a modifier component;

M3는 텔루륨(Te) 및 셀레륨(Se)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 나타내고;M 3 represents an oxide of at least one metal selected from the group consisting of tellurium (Te) and selenium (Se);

(a), (b), (c), (d) 및 (e)는 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서, 각각 50 ~ 87%, 2 ~ 10%, 0.01 ~ 5%, 0 ~ 2%, 0.001 ~ 2% 및 10 ~ 40% 범위임.(a), (b), (c), (d) and (e) are percentages based on the weight of the catalyst, 50 to 87%, 2 to 10%, 0.01 to 5%, 0 to 2%, respectively. , 0.001 to 2% and 10 to 40%.

상기에서 살펴본 바와 같이, 상기 본 발명에 따른 촉매는 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고정상 반응기에서 기상 공정으로 연속적으로 제조하는데 유용하며, 온화한 반응 조건 하에서 디에틸렌글리콜로부터 p-디옥사논을 고선택성 및 고수율로 합성할 수 있으며, 더욱 향상된 촉매 성능 및 내구성으로 인하여 촉매의 수시 재활성화 조작을 수행하지 않고도 장기간 안정적으로 p-디옥사논을 합성할 수 있으므로 공업촉매로서 더욱 활용성을 높혔다.As described above, the catalyst according to the present invention is useful for continuously preparing p-dioxanone from diethylene glycol by a gas phase process in a fixed-bed reactor, and the p-dioxanone from diethylene glycol under mild reaction conditions. It can be synthesized with high selectivity and high yield, and further improved utilization of P-dioxanone for long-term stability without performing catalyst reactivation operation due to improved catalyst performance and durability. .

이하, 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는 촉매에서 구리 성분은 반응물인 디에틸렌글리콜의 탈수소 반응을 견인하는 주성분으로서 그 함량은 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서 50 ~ 87%, 바람직하게는 60 ~ 85%로 구성된다. 상기 구리의 함량이 적을 경우 촉매 무게(또는 부피)당 활성이 낮고, 너무 많을 경우 미세 구리 입자의 열안정성을 확보할 수 없다. 실리카(SiO2)는 미세 구리 입자의 열안정성을 증진시키기 위한 주요성분으로서 나노사이즈의 실리카 입자를 나노사이즈의 미세 구리 입자와 복합화 함으로써 구리입자의 소결을 억제시킬 수 있다. 이에 따라, 사용되는 실리카는 4 ~ 50 nm, 바람직하게는 25 nm이하의 입자 크기를 갖는 것을 사용하여야 하며, 함량은 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서 10 ~ 40% 범위에서 사용된다. 상기 실리카 함량이 이보다 적을 경우 효과가 없고, 많을 경우 실리카 성분에 의한 활성 성분의 차폐 효과가 커서 촉매활성이 낮아진다.In the catalyst having the composition represented by Formula 1 according to the present invention, the copper component is a main component for driving the dehydrogenation reaction of the reactant diethylene glycol, and its content is 50 to 87% as a percentage based on the weight of the catalyst, preferably It consists of 60 to 85%. When the copper content is small, the activity per catalyst weight (or volume) is low, and when too much, the thermal stability of the fine copper particles cannot be secured. Silica (SiO 2 ) can suppress sintering of copper particles by complexing nano-sized silica particles with nano-sized fine copper particles as a main component for enhancing thermal stability of the fine copper particles. Accordingly, the silica used should be used having a particle size of 4 to 50 nm, preferably 25 nm or less, the content is used in the range of 10 to 40% as a percentage based on the weight of the catalyst. When the silica content is less than this, there is no effect, and in many cases, the catalytic activity is low because the shielding effect of the active ingredient by the silica component is large.

실리카 성분에 의한 상기 조성 범위의 Cu-SiO2촉매는 탈수소반응 촉매로서 유용하나, 본 발명 대상 반응에서와 같이 생성물 p-디옥사논이 쉽게 개환중합되고, 더욱이 반응물(반응후에는 미반응물) 디에틸렌글리콜이 중합개시제 역할을 하는 경우, 반응 특징이 일반적인 촉매 반응에서와는 다른 양태를 나타냈다.The Cu-SiO 2 catalyst in the above composition range by the silica component is useful as a dehydrogenation catalyst, but the product p-dioxanone is easily ring-opened polymerized as in the reaction of the present invention, and further, the reactant (unreacted product after the reaction) When ethylene glycol served as a polymerization initiator, the reaction characteristics showed a different aspect from that in the general catalytic reaction.

통상적인 촉매반응에서는 반응 경과 시간에 따라 촉매 활성이 점진적으로 비활성화 되는 경향을 보이는 것이 보통이나, 본 발명 대상 반응에서는 어느 시간까지는 점진적인 활성 감소를 보이다가 어느 시점에서 전환율이 급격히 감소되는 양태의 반응 특징을 나타낸다. 이것은 촉매가 어느 정도 비활성화 되어 디에틸렌글리콜을 충분히 소화시키지 못하는 조건에서는 (즉, 과량의 중합개시제가 존재하는 반응 분위기 하에서는) 촉매 상에 중합물에 의한 탄소부착이 가속화되어 촉매활성이 급격히 저하되기 때문인 것으로 판단된다. 상기한 이유로 기존 촉매 반응에서는 미반응 디에틸렌글리콜을 가능한 낮은 농도로 유지하기 위해서 고전환율 조건 -바람직하게는 99% 이상의 전환율- 에서 운전해야 하며, 이 경우 가혹한 운전조건 유지로 반응 선택성이 낮아지고 촉매수명도 짧아진다. In a typical catalytic reaction, the catalyst activity tends to be gradually deactivated according to the elapsed time of the reaction, but the reaction of the present invention shows a gradual decrease in activity up to a certain time and then a sharp decrease in conversion at some point. Indicates. This is due to the rapid deterioration of the catalytic activity due to the accelerated carbon adhesion of the polymer on the catalyst under conditions in which the catalyst is inactivated to some extent and does not sufficiently digest the diethylene glycol (that is, in a reaction atmosphere in which an excessive polymerization initiator is present). Judging. For these reasons, existing catalyst reactions have to be operated under high conversion conditions-preferably over 99% conversion-in order to maintain unreacted diethylene glycol at the lowest possible concentration. The life is also shortened.

따라서, 고정상 반응기의 기상반응용 공업촉매로 활용되기 위해서는 촉매활성을 원천적으로 높이는 것과 함께, 중합체에 의한 촉매상의 탄소 침착을 억제시키거나, 연결 고리가 에스테르(ester)기인 중합체의 빠른 해중합(depolymerization) 을 통해 탄소 침착으로 까지 연결되지 않도록 함으로써 촉매의 장기 반응 안정성이 유지되도록 하는 기술이 필요하다. Therefore, in order to be utilized as an industrial catalyst for the gas phase reaction of a fixed-bed reactor, the catalyst activity is increased inherently, and the carbon deposition on the catalyst is suppressed by the polymer, or the fast depolymerization of the polymer in which the linking group is an ester group. There is a need for a technique that maintains the long-term reaction stability of the catalyst by not linking it through to carbon deposition.

이에, 본 발명에서는, Cu-SiO2계 촉매를 적당량의 코발트(Co) 성분으로 개량함으로써 상기한 목적을 달성할 수가 있었다. 상기한 바와 같이, 코발트 성분의 개량으로 인하여 촉매의 반응 안정성이 증진되었고, 반응 공정 운전 중에 유발되는 일시적인 전환율 감소에 대하여 높은 활성 회복력을 보여 주었다. 상기 코발트 성분의 첨가량은 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서 2 ~ 10%, 바람직하게는 2.5 ~ 8%이며, 이보다 낮은 경우 효과가 적고, 많을 경우에는 탈수소 반응에서 역반응으로 작용되는 수소화 반응 능력의 증가로 활성이 오히려 저하되었고, p-디옥사논의 선택성 감소폭도 컸다.Therefore, in the present invention, the above object can be achieved by improving the Cu—SiO 2 based catalyst to an appropriate amount of cobalt (Co) component. As described above, the reaction stability of the catalyst was enhanced due to the improvement of the cobalt component and showed high activity resilience against the temporary decrease in conversion caused during the operation of the reaction process. The amount of the cobalt component added is 2 to 10%, preferably 2.5 to 8%, based on the weight of the catalyst, and the lower the amount of the cobalt component, the lower the effect of the cobalt component. Increasing activity lowered, and the selectivity decrease of p-dioxanone was also large.

한편, 코발트 성분에 의한 개량은 상술한 장점은 있으나, p-디옥사논으로의 선택성이 낮아지는 문제가 있으며, 특히, 부산물 중 2-메톡시에탄올의 부생이 뚜렷하게 증가한다. 이것은 p-디옥사논을 합성하는 과정에서 중간체인 2-히드록시에톡시 아세트알데히드(HOCH2CH2OCH2CHO)나, 또는 생성물인 p-디옥사논의 축차(successive) 생성물인 2-히드록시에톡시 아세트산(HOCH2CH2OCH2CO2H)으로부터의 탈카르보닐화 또는 탈카복실화 반응의 촉진으로 인한 것으로, 이와 같은 2-메톡시에탄올의 부생은 텔루륨(Te) 또는 셀레륨(Se) 성분에 의한 수식(modification)으로 완화시킬 수 있었다. 상기 텔루륨(Te) 또는 셀레륨(Se) 성분의 첨가량은 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서 0.001~ 2%, 바람직하게는 0.005 ~ 0.5%로, 낮은 경우 효과가 없고, 과량 사용 시 촉매 활성 저하가 큰 특징을 보인다. 상기 텔루륨, 셀레륨은 많은 금속과 쉽게 합금(alloy)을 형성할 수 있으므로 대부분의 금속 촉매에서는 촉매독이 되는 물질이며, 본 발명 촉매에서도 촉매 활성이 저하되지 않도록 하기 위해서 사용량을 극히 제한할 필요가 있었다.On the other hand, the improvement by the cobalt component has the above-described advantages, but there is a problem that the selectivity to p-dioxanone is lowered, in particular, by-products of 2-methoxyethanol in the by-products is significantly increased. In the process of synthesizing p-dioxanone, it is 2-hydroxyethoxy acetaldehyde (HOCH 2 CH 2 OCH 2 CHO) which is an intermediate, or 2-hydroxy, which is a successive product of p-dioxanone which is a product. This is due to the promotion of decarbonylation or decarboxylation reactions from ethoxy acetic acid (HOCH 2 CH 2 OCH 2 CO 2 H), and by-products of this 2-methoxyethanol are tellurium (Te) or selenium ( It could be alleviated by modification by Se) component. The addition amount of the tellurium (Te) or selenium (Se) component is 0.001 to 2%, preferably 0.005 to 0.5% as a percentage based on the weight of the catalyst. The degradation is a big feature. Since the tellurium and selenium are easily alloyed with many metals, most of the metal catalysts are catalyst poisons, and the catalysts of the present invention need to be extremely limited in order not to degrade the catalytic activity. there was.

상기한 코발트 성분의 효과는 니켈(Ni)성분에 의한 개량 시에도 확연히 나타나나, 촉매 활성을 저하시키지 않고 2-메톡시에탄올의 부생을 텔루륨, 셀레륨 등의 성분 수식만으로는 억제시킬 수가 없었다. 따라서 니켈 성분은 본 발명에 따른 화학식 1에서 M2의 선택 성분 중의 하나이며, 기타, 아연(Zn), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 은(Ag) 등도 구리(Cu)의 특성을 개량하는 물질들로 잘 알려져 있으나, 본 발명 촉매에서는 그 함량을 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서 0 ~ 2%로 제한된 범위에서 하는 것이 좋았다. 2% 이상 과량 사용 시 촉매 활성 및 장기 반응 안정성이 저하되었다.The effect of the cobalt component is apparent even when the nickel (Ni) component is improved, but byproduct modification of 2-methoxyethanol cannot be suppressed only by component modifications such as tellurium and selenium without lowering the catalytic activity. Therefore, the nickel component is one of the optional components of M2 in the formula (1) according to the present invention, and other, such as zinc (Zn), chromium (Cr), manganese (Mn) and silver (Ag), etc. to improve the characteristics of copper (Cu) Although well known for the materials, the catalyst of the present invention is preferably in the range limited to 0 to 2% as a percentage based on the weight of the catalyst. When used in excess of 2%, the catalytic activity and long-term reaction stability were lowered.

본 발명의 상기 화학식 1에서 M1 성분은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)중에서 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속 산화물로서, 촉매의 산· 염기 특성을 조절하여 부반응 및 탄소 침착을 억제시키는 성분으로, 그 사용량은 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서 0.01 ~ 5%, 바람직하게는 0.05 ~ 3%에서 사용하는 것이 좋다. 사용량이 이보다 작으면 효과가 없고, 과량 사용 시에는 촉매 활성 감소가 크기 때문에 바람직스럽지 않다.M1 component in the formula (1) of the present invention is one or more alkaline earth metal oxide selected from magnesium (Mg), calcium (Ca) and barium (Ba), by controlling the acid and base properties of the catalyst to suppress side reactions and carbon deposition As a component, the amount used is preferably 0.01 to 5%, preferably 0.05 to 3%, as a percentage based on the weight of the catalyst. If the amount of use is smaller than this, it is not effective, and in the case of excessive use, the decrease in catalytic activity is large, which is not preferable.

상술한 바와 같은 조성 및 조성비 하에서 제조된 상기 화학식 1의 본 발명 촉매는 높은 활성과 선택도 및 반응 안정성을 나타내었고, 이에 따라 촉매 수명도 향상되는 결과를 보여 주어, 공업용 촉매로서 활용성을 높힐 수 있었다.The catalyst of the present invention of Chemical Formula 1 prepared under the above composition and composition ratio showed high activity, selectivity, and reaction stability, and thus showed a result of improving catalyst life, thereby increasing utility as an industrial catalyst. there was.

본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는 디에틸렌글리콜의 탈수소 고리화 반응에 유용한 촉매는, 촉매의 주성분인 구리 산화물의 입자 크기가 50 nm 이하로 조절되는 전제 하에서 어떤 방법으로도 제조 가능하나, 본 발명 목적을 달성하기 위해서는 다원성분의 성분간 균질성이 유지되어야 하며, 특히, 구리 입자와 실리카 입자의 균일한 복합화가 중요하므로 공침법으로 제조하는 것이 바람직한 방법이다.Catalysts useful for the dehydrogenation of diethylene glycol having a composition represented by Formula 1 according to the present invention can be prepared by any method under the condition that the particle size of the copper oxide which is the main component of the catalyst is controlled to 50 nm or less. In order to achieve the object of the present invention, homogeneity between components of multiple components must be maintained, and in particular, it is preferable to prepare by coprecipitation because uniform complexing of copper particles and silica particles is important.

상기 화학식 1에서 구리, 코발트, M2 산화물 및 실리카 성분은 각 성분이 함유된 수용액(A, B)을, 공침제로서 수산화나트륨 수용액을 사용하여 공침시키고 수득된 슬러리를 수열 숙성시킨 후 세정하는 과정에 의하여 제조된다. 여기에서, 구리, 코발트 및 M2 성분은 질산염, 염산염 및 황산염 등의 수용성 염을 사용할 수 있으나 바람직하게는 질산염을 사용하며 (수용액A), 실리카는 나트륨 이온으로 안정화된 콜로이달 실리카 사용한다 (수용액B). 이 때, 산화구리 결정은 막대형으로 제조되며, 입자크기나 모양 등을 조절하기 위해 형상 조절제를 사용할 수 있다.Copper, cobalt, M2 oxide and silica components in the formula (1) is co-precipitated in the aqueous solution (A, B) containing each component, using a sodium hydroxide aqueous solution as a co-precipitation, and the resulting slurry is hydrothermally aged and washed Is manufactured. Here, the copper, cobalt and M2 components may use water-soluble salts such as nitrates, hydrochlorides and sulfates, but preferably nitrates (aqueous solution A), and silica is used colloidal silica stabilized with sodium ions (aqueous solution B). ). At this time, the copper oxide crystals are prepared in the shape of a rod, and a shape adjusting agent may be used to control the particle size or shape.

상기 화학식 1에서 M1 및 M3 성분 산화물은 물에 용해성을 갖는 것이므로 , 공침과정에 의해 동시에 제조되지 못하고, 세정이 끝난 구리, 코발트, M2 산화물 및 실리카 성분이 함유된 슬러리에 M1 및 M3 성분 수용액을 혼합하고 분무 건조하는 등의 방법에 의해 제조된다. 이 때, M1 성분은 질산염이나 초산염을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 초산염을 사용하고, M3 성분은 암모늄염이나 산화합물 [예: 암모늄 텔루레이트, 암모늄 셀레네이트, 테루륨산, 아셀레늄산(selenious acid) 등] 을 사용한다.Since the M1 and M3 component oxides in Formula 1 have solubility in water, the M1 and M3 component aqueous solutions are mixed in a slurry containing copper, cobalt, M2 oxide, and silica components, which are not simultaneously prepared by coprecipitation. And spray drying. In this case, the M1 component may be nitrate or acetate, but preferably acetate is used, and the M3 component is an ammonium salt or an acid compound [eg, ammonium tellurate, ammonium selenate, terurium acid, selenious acid). Etc.].

건조된 촉매 분말은 통상적인 성형방법 - 압출법, 타정법, 담지법- 에 의해 성형 가능하나, 촉매 형태는 반응 특성상 촉매층의 압력 부하를 최소화하는 것이 바람직하므로 중공실린더형(hollow cylinder type)으로 성형하는 것이 좋다. 이 후 성형된 촉매는 공기 분위기 하에서 300 ~ 1000℃, 바람직하게는 400 ~ 900℃로 소성하게 된다.The dried catalyst powder can be molded by conventional molding methods-extrusion method, tableting method, and supporting method, but the catalyst type is formed into a hollow cylinder type because it is preferable to minimize the pressure load of the catalyst layer due to the reaction characteristics. Good to do. Thereafter, the formed catalyst is calcined at 300 to 1000 ° C, preferably 400 to 900 ° C under an air atmosphere.

기본적으로, 본 발명 촉매는 대한민국 특허 제 0558576호 및 대한민국 특허 출원 제 2006-34776호에 기재된 방법에 따라서 제조될 수 있다. Basically, the catalyst of the present invention can be prepared according to the method described in Korean Patent No. 0558576 and Korean Patent Application No. 2006-34776.

본 발명에 따른 촉매는 질소기체 또는 수소함유 질소기체의 흐름 하에서 기체상태의 디에틸렌글리콜을 탈수소 고리화하여 p-디옥사논을 제조하는 데 유용하게 이용될 수 있다. The catalyst according to the present invention can be usefully used to produce p-dioxanone by dehydrogenating diethylene glycol in gaseous state under the flow of nitrogen gas or hydrogen-containing nitrogen gas.

상기 반응은, 우선 상기 화학식 1의 산화물 상태의 촉매를 고정상 반응기에 충진하고, 수소기체 또는 수소-함유 기체를 이용하여 150℃ 내지 300℃에서 1 내지 20 시간 정도 활성화시키는 공정을 수행한 후, 활성화된 촉매 하에서 디에틸렌글리콜의 탈수소 고리화 반응을 수행하는 것을 포함하며, 이러한 반응에 의하여 p-디옥사논을 제조할 수 있다. 이때, 디에틸렌글리콜은 기체상태로 LHSV(liquid hourly space velocity = 액체공간속도)가 0.05 내지 5.0 hr-1, 바람직하게는 0.1 내지 2.0 hr-1의 범위로 반응기에 공급되며, 탈수소 고리화 반응은 200 내지 400℃, 바람직하게는 250 내지 350℃에서, 그리고 0(대기압) 내지 5 기압, 바람직하게는 0(대기압) 내지 1 기압 범위의 압력조건에서 수행할 수 있다.The reaction is performed by first charging the catalyst in the oxide state of Formula 1 to a fixed bed reactor, and then activating at 150 ° C. to 300 ° C. for about 1 to 20 hours using a hydrogen gas or a hydrogen-containing gas. Performing a dehydrogenation cyclization reaction of diethylene glycol under the prepared catalyst, and p-dioxanone can be prepared by such a reaction. At this time, the diethylene glycol is supplied to the reactor in a gaseous state in the range of LHSV (liquid hourly space velocity = liquid space velocity) of 0.05 to 5.0 hr -1 , preferably 0.1 to 2.0 hr -1 , and the dehydrogenation cyclization reaction is 200 to 400 ° C., preferably 250 to 350 ° C., and under pressure conditions ranging from 0 (atmospheric pressure) to 5 atmospheres, preferably 0 (atmospheric pressure) to 1 atmosphere.

상기 반응에서, 비점이 높은 디에틸렌글리콜의 탈수소 반응은 흡열반응이고 생성물인 p-디옥사논은 중합특성이 있으므로, 반응압력이 높을 경우 반응물과 생성 물이 촉매층에서 응축되어 중합물 생성이 촉진됨으로써 촉매의 비활성화가 진행될 수 있다. 따라서, 상기 반응 압력은 1기압(절대압) 이하에서 가능한 낮은 것이 유리하다. 또한, 촉매 상의 탄소 침적을 억제시키기 위해 운반가스로 사용되는 질소에 수소를 함유시키는 것이 바람직하나, 수소 농도가 높을 경우 생성물인 p-디옥사논이 촉매 존재 하에서 역반응인 가수소 분해 반응 (즉, p-디옥사논의 수소첨가 반응)이 진행될 수 있으므로 전환율이 낮아질 뿐 아니라 반응 선택성도 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 수소-함유 질소 기체의 수소 함량은 사용되는 운반 가스의 0.1 내지 50 부피%, 바람직하게는 0.1 내지 30부피%인 것이 적합하다.In the above reaction, the dehydrogenation reaction of diethylene glycol having a high boiling point is endothermic and the product p-dioxanone has a polymerization property, and when the reaction pressure is high, the reactant and the product are condensed in the catalyst layer to promote the formation of the polymer. Deactivation of may proceed. Therefore, the reaction pressure is advantageously as low as possible at 1 atm (absolute pressure) or less. In addition, it is preferable to include hydrogen in nitrogen used as a carrier gas to suppress carbon deposition on the catalyst. However, when the hydrogen concentration is high, the product of p-dioxanone, which is a reverse reaction in the presence of a catalyst, is a hydrogenolysis reaction (ie, hydrogenation of p-dioxanone) may proceed, resulting in lower conversion and lower reaction selectivity. Therefore, the hydrogen content of the hydrogen-containing nitrogen gas is suitably 0.1 to 50% by volume, preferably 0.1 to 30% by volume of the carrier gas used.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

이하, 촉매의 각 구성 성분의 함량은 촉매 전체 중량을 기준으로 한 "중량%"을 의미한다.Hereinafter, the content of each component of the catalyst means "% by weight" based on the total weight of the catalyst.

[실시예]EXAMPLE

실시예 1 Example 1

CuO(72.8)CoO(5.2)CaO(0.23)MgO(0.25)ZnO(0.2)TeO2(0.02)SiO2(21.3)CuO (72.8) CoO (5.2) CaO (0.23) MgO (0.25) ZnO (0.2) TeO 2 (0.02) SiO 2 (21.3)

<촉매제조><Catalyst preparation>

탈이온수 10L에 질산구리 [Cu(NO3)2·3H2O] 3,500g, 질산코발트 [Co(NO3)2·6H2O] 319.7g, 질산아연 [Zn(NO3)2·6H2O] 11.57g을 녹여 용액 A를 준비한다. 탈이온수 4L에 수산화나트륨 용액을 가해 pH를 9.2로 맞추고 여기에 콜로이달 실리카 Ludox SM-30 (Grace Davison 사 제품) 965.6g을 녹인 용액 B를 준비하고 탈이온수 10L에 수산화나트륨 1,250g을 녹여 용액 C를 준비한다. 교반기가 부착된 50L 반응기에 Aerosil 300 (Degussa사 제품) 47.5g을 호모게나이저를 사용 탈이온수 2L에 분산시킨 것을 가하고, 여기에 탈이온수 8L를 추가로 가한 후 교반시키면서 상기 용액 A,B,C를 동시에 가하여 20℃이하에서 공침 과정을 수행하였다. 이 때, 용액 C의 양을 조절하여 pH를 맞추고, 공침 완료 후 슬러리액의 최종 pH를 9.3으로 맞추었다. 여기에 평균 분자량 1만인 폴리비닐피롤리돈 0.5중량% 수용액 300g을 가하고, 85℃에서 6시간 동안 수열 숙성시킨 후, 결과 용액의 pH가 7임을 확인하고, 수득된 슬러리액을 탈이온수로 충분히 세척하고, 여과한 뒤 침전물을 회수하였다.3,500 g of copper nitrate [Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O] in 10 L of deionized water, 319.7 g of cobalt nitrate [Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O], zinc nitrate [Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O] Dissolve 11.57 g and prepare solution A. Sodium hydroxide solution was added to 4 L of deionized water to adjust the pH to 9.2. Prepare Solution B in which 965.6 g of colloidal silica Ludox SM-30 (manufactured by Grace Davison) was prepared, and 1,250 g of sodium hydroxide was dissolved in 10 L of deionized water. Prepare. 47.5 g of Aerosil 300 (manufactured by Degussa) was dispersed in 2L of deionized water using a homogenizer in a 50L reactor equipped with a stirrer, and 8L of deionized water was further added thereto, followed by stirring. Simultaneously adding to the coprecipitation process was carried out at 20 ℃ or less. At this time, the pH of the solution C was adjusted to adjust the pH, and after completion of coprecipitation, the final pH of the slurry solution was adjusted to 9.3. 300 g of 0.5% by weight polyvinylpyrrolidone aqueous solution having an average molecular weight of 10,000 was added thereto, and hydrothermally aged at 85 ° C. for 6 hours, confirming that the pH of the resulting solution was 7, and the resulting slurry solution was sufficiently washed with deionized water. After filtering, the precipitate was recovered.

상기 얻어진 침전물을 탈이온수에 분산시킨 뒤, 여기에 초산칼슘[Ca(OAc)2·H2O] 11.44g과 초산마그네슘[Mg(OAc)2·4H2O] 21.06g 및 텔루륨산[Te(OH)6] 0.46g을 탈이온수에 녹인 수용액을 혼합시킨 다음 이를 분무건조법으로 1차 건조 시켰다.The precipitate obtained was dispersed in deionized water, followed by 11.44 g of calcium acetate [Ca (OAc) 2 .H 2 O], 21.06 g of magnesium acetate [Mg (OAc) 2 .4H 2 O], and tellurium [Te ( OH) 6 ] 0.46 g of the aqueous solution dissolved in deionized water was mixed and then dried first by spray drying.

상기 건조된 분말을 120℃에서 12시간 동안 건조시킨 뒤, 300℃에서 1차 소성하고 여기에 5 중량%의 그라파이트 분말을 타정보조제로 혼합하고 자동타정기에서 할로우 실린더형(Hollow cylinder type: OD = 8.2mm, H = 3.2mm, 내부홀지름 = 3mm)으로 성형하고 공기 흐름하에서 650℃로 6시간 동안 소성하여 산화물 상태의 촉매를 얻었다. The dried powder was dried at 120 ° C. for 12 hours, first calcined at 300 ° C., and 5% by weight of graphite powder was mixed with a tableting aid and hollow cylinder type (OD ==) in an automatic tablet press. 8.2 mm, H = 3.2 mm, internal diameter = 3 mm) and calcined at 650 ° C. for 6 hours under air flow to obtain an oxide catalyst.

상기 촉매의 산화구리 입자 크기는 X-선 회절기 선폭-넓힘 방법(XRD line broadening method)에 의해 측정한 결과 5nm이었다.The copper oxide particle size of the catalyst was 5 nm as measured by the XRD line broadening method.

<반응><Reaction>

위 촉매 240ml를 반응기 외부에 열매가 순환되는 1〃X120cm 튜브형 반응기에 충진시키고 5% H2함유 N2가스를 흘려보내면서 300℃까지 서서히 승온하여 촉매를 활성화시켰다. 그 후, 20부피% 수소 및 80부피% 질소의 혼합 기체 흐름 하에서 기화기에서 기화된 디에틸렌글리콜을 공급하고(LHSV = 0.5hr-1),반응온도 275℃, 상압조건에서 운전을 시작하여 99% 이상의 전환율을 보이는 것을 확인하였다. 이 후 98% 이상의 전환율을 보이는 조건에서 운전 하였으며, 전환율이 감소할 시 다른 조건은 그대로 유지하고 반응 온도만을 높혀가면서 탈수소 고리화 반응을 수행하였다. 생성물은 기체크로마토그래피로 분석하였다.240 ml of the catalyst was charged in a 1 × X120 cm tubular reactor in which the fruit was circulated outside the reactor, and slowly heated up to 300 ° C. while flowing 5% H 2 containing N 2 gas to activate the catalyst. Subsequently, diethylene glycol was vaporized in a vaporizer under a mixed gas flow of 20% by volume hydrogen and 80% by volume nitrogen (LHSV = 0.5hr -1 ), and the operation was started at a reaction temperature of 275 ° C and an atmospheric pressure of 99%. It confirmed that the above conversion rate was shown. After that, the operation was performed under the conditions showing the conversion rate of 98% or more, and when the conversion rate was decreased, the dehydrogenation cyclization reaction was performed while maintaining the other conditions and increasing the reaction temperature. The product was analyzed by gas chromatography.

상기 반응결과를 표1에 나타내었다. The reaction results are shown in Table 1.

비교예 1Comparative Example 1

CuO(72.8)CoO(1.2)CaO(0.25)MgO(0.25)ZnO(0.3)SiO2(25.2)CuO (72.8) CoO (1.2) CaO (0.25) MgO (0.25) ZnO (0.3) SiO 2 (25.2)

탈이온수 10L에 질산구리 3,500g, 질산코발트 73.8g, 질산아연 17.35g을 녹 여 용액 A를 준비한다. 탈이온수 4L에 수산화나트륨 용액을 가해 pH를 9.2로 맞추고 여기에 콜로이달실리카 Ludox SM-30 1,065.8g을 녹인 용액 B를 준비한다. 탈이온수 10L에 수산화나트륨 1,184g을 녹여 용액 C를 준비한다. 교반기가 부착된 50L 반응기에 Aerosil 300 79.1g을 호모게나이저를 사용 탈이온수 2L에 분산시킨 것을 가하고, 여기에 탈이온수 8L를 추가로 가한 후 교반시키면서 상기용액 A,B,C를 동시에 가하여 20℃ 이하에서 공침 과정을 수행하였다. 이 후의 과정은 실시예 1에서와 동일하게 수행하였다.Prepare Solution A by dissolving 3,500 g of copper nitrate, 73.8 g of cobalt nitrate, and 17.35 g of zinc nitrate in 10 L of deionized water. Sodium hydroxide solution was added to 4 L of deionized water to adjust the pH to 9.2, and Solution B was prepared by dissolving 1,065.8 g of colloidal silica Ludox SM-30. Prepare solution C by dissolving 1,184 g of sodium hydroxide in 10 L of deionized water. To a 50L reactor equipped with a stirrer, 79.1g of Aerosil 300 was dispersed in 2L of deionized water using a homogenizer, and 8L of deionized water was further added thereto, followed by stirring and simultaneously adding the solutions A, B, and C to 20 ° C. Coprecipitation process was performed below. The subsequent procedure was performed in the same manner as in Example 1.

제조된 촉매에서 산화구리 입자크기는 4.7nm이었다. Copper oxide particle size was 4.7 nm in the prepared catalyst.

1" x 120cm 반응기에 촉매를 충진하고 실시예 1에서와 같은 방법으로 촉매를 활성화 시킨 후 동일한 방법으로 디에틸렌글리콜의 탈수소 고리화 반응을 수행하였다. The catalyst was charged to a 1 "x 120 cm reactor and the catalyst was activated in the same manner as in Example 1, followed by dehydrogenation of diethylene glycol.

반응 결과를 표 1에 나타내었다. The reaction results are shown in Table 1.

구분division 반응경과시간 (hr)Reaction time (hr) 반응온도(℃)Reaction temperature (℃) 전환율(%)% Conversion p-디옥사논 선택도(%)p-dioxanone selectivity (%) 실시예 1Example 1 500500 275275 99.599.5 96.096.0 1,0001,000 275275 99.599.5 96.196.1 2,0002,000 277277 99.699.6 96.696.6 2,5002,500 282282 99.699.6 97.297.2 3,5003,500 290290 99.099.0 95.795.7 비교실시예 1Comparative Example 1 500500 280280 99.599.5 95.895.8 1,0001,000 285285 99.799.7 96.096.0 1,5001,500 285285 99.699.6 96.796.7 2,2002,200 290290 99.399.3 97.097.0 2,4002,400 295295 98.298.2 95.895.8 2,6002,600 295295 94.994.9 95.095.0

상기 표 1에서와 같이, 구리-실리카 성분에 코발트 성분 함량을 증가시키고 텔루륨 성분으로 수식한 촉매는 장기 반응 안정성이 두렷이 개선된 결과를 보여주었다. 운전시간동안 2-메톡시에탄올의 선택도는 반응초기(500시간 미만) 0.5 ~ 0.95% 이었고, 이후 0.5% 미만의 선택도를 보였다.As shown in Table 1, cobalt in the copper-silica component Increasing the component content and modifying the tellurium component showed a marked improvement in long-term reaction stability. During operation, the selectivity of 2-methoxyethanol was 0.5 ~ 0.95% at the beginning of the reaction (less than 500 hours), after which the selectivity was less than 0.5%.

비교실시예 2Comparative Example 2

실시예 1의 조성 촉매에서 텔루륨 성분이 제외 된 CuO(72.8)CoO(5.2)CaO(0.25MgO(0.25)ZnO(001)SiO2(21.3)의 촉매를 질산구리 50g 기준으로 동일한 방법으로 제조하였다. 1차 소성이 끝난 분말을 가압프레스에서 성형하고, 이것을 -20 ~ +40메쉬로 파쇄, 선별하고 650℃에서 소성하였다.A catalyst of CuO (72.8) CoO (5.2) CaO (0.25MgO (0.25) ZnO (001) SiO 2 (21.3) without the tellurium component in the composition catalyst of Example 1 was prepared in the same manner based on 50 g of copper nitrate The powder after primary baking was shape | molded by the press, it was crushed and screened by -20-+40 mesh, and it baked at 650 degreeC.

상기 촉매 1.0g을 미소반응기(Micro reactor)에 충진하고, 활성화 시킨 뒤 수소 7ml/min, 질소 28ml/min의 흐름하에서 디에틸린글리콜을 0.02ml/min(WHSV = 1.2hr-1)속도로 흘려보내면서, 270℃, 상압에서 반응을 실시하였다. 150시간 동안 연속 반응시킨 후의 결과는 전환율 99.5%, p-디옥사논 선택도 94.2%이었고, 2-메톡시에탄올의 선택도가 2.8%이었다.1.0 g of the catalyst was charged in a micro reactor, activated, and diethylin glycol was flowed at a rate of 0.02 ml / min (WHSV = 1.2 hr -1 ) under a flow of 7 ml / min hydrogen and 28 ml / min nitrogen. Reaction was performed at 270 degreeC and normal pressure, sending. The result of continuous reaction for 150 hours was 99.5% conversion, 94.2% p-dioxanone selectivity, and 2.8% selectivity of 2-methoxyethanol.

실시예 2Example 2

실시예 1의 촉매를 -20 ~ +40메쉬 크기로 파쇄, 선별하고, 이 촉매 1.0g을 미소반응기에 충진하고 비교실시예 2에서와 같은 조건에서 반응을 실시하였다. 반응시작 125시간 경과 후의 결과는 전환율 99.3%, 선택도 96.4%, 2-메톡시에탄올의 선택도 0.7%이었다. 이 후, 밤새동안 녹는점이 24℃정도인 생성물 p-디옥사논의 응충에 의해 반응기 출구가 막히는 운전 트러블이 발생했다. 운전 트러블 해소 직후 동일 조건에서 촉매의 반응성은 전환율 59.3%, 선택도 86.9%를 보였다. 연속된 반응에서 24시간 경과 후 촉매 반응성은 전환율 96.9%, 선택도 97.8%를 보였다.The catalyst of Example 1 was crushed and screened to a size of -20 to +40 mesh, 1.0 g of this catalyst was charged to a microreactor, and the reaction was carried out under the same conditions as in Comparative Example 2. After 125 hours, the conversion was 99.3%, 96.4% selectivity, and 0.7% selectivity of 2-methoxyethanol. Thereafter, over night, an operation trouble occurred in which the outlet of the reactor was clogged by the coagulation of the product p-dioxanone having a melting point of about 24 ° C. Immediately after the operation trouble was solved, the reactivity of the catalyst under the same conditions showed a conversion of 59.3% and a selectivity of 86.9%. After 24 hours in the continuous reaction, the catalytic reactivity showed 96.9% conversion and 97.8% selectivity.

이상의 결과는 적당량의 코발트 성분으로 수식된 촉매는 비정상적인 운전에 의한 일시적인 촉매의 비활성화에 대한 활성 회복력 및 반응 안정성이 우수하다는 것을 보여주고 있다. The above results show that the catalyst modified with an appropriate amount of cobalt component has excellent activity resilience and reaction stability against temporary deactivation of the catalyst due to abnormal operation.

실시예 3Example 3

CuO(73.8)CoO(3.5)CaO(0.23)MgO(0.25)Ag2O(0.2)SeO2(0.02)SiO2(22)CuO (73.8) CoO (3.5) CaO (0.23) MgO (0.25) Ag 2 O (0.2) SeO 2 (0.02) SiO 2 (22)

상기 조성 촉매의 슬러리를 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조하였다.Slurry of the composition catalyst was prepared in the same manner as in Example 1.

M2성분으로 은(질산은 사용 제조), M3성분으로 셀레륨(아셀레늄산을 사용 하여 제조)으로 구성된 촉매를 질산구리 50g을 기준으로 제조하였다. 칼슘, 마그네슘 및 셀레륨 성분은 슬러리 혼합 방법으로 제조하였으며, 이후의 후처리 및 반응은 비교실시예 2에서와 같은 방법으로 실시하였다. 270℃에서 120시간 반응 한 촉매는 전환율 99.7%, 선택도 96.8%이었고, 2-메톡시에탄올의 선택도는 0.65%이었다.A catalyst composed of silver (manufactured using silver nitrate) as the M 2 component and selenium (manufactured using selenium acid) as the M 3 component was prepared based on 50 g of copper nitrate. Calcium, magnesium and selenium components were prepared by the slurry mixing method, and the subsequent workup and reaction were carried out in the same manner as in Comparative Example 2. The catalyst reacted at 270 ° C. for 120 hours had a conversion of 99.7% and a selectivity of 96.8%, and a selectivity of 2-methoxyethanol was 0.65%.

Claims (7)

하기 화학식 1로 나타내어지는, 디에틸렌글리콜의 탈수소 고리화 반응용 촉매:A catalyst for dehydrogenation of diethylene glycol represented by Chemical Formula 1 below: [화학식 1][Formula 1] CuO(a) CoO(b) M1(c) M2(d) M3(e) SiO2(f),CuO (a) CoO (b) M1 (c) M2 (d) M3 (e) SiO 2 (f), 상기 식에서,Where M1은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)중에서 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속의 산화물을 나타내고;M 1 represents an oxide of at least one alkaline earth metal selected from magnesium (Mg), calcium (Ca) and barium (Ba); M2는 개량제 성분으로서 아연(Zn), 크롬(Cr), 망간(Mn), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 나타내고;M2 represents an oxide of at least one metal selected from the group consisting of zinc (Zn), chromium (Cr), manganese (Mn), silver (Ag) and nickel (Ni) as a modifier component; M3는 텔루륨(Te) 및 셀레륨(Se)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 나타내고;M 3 represents an oxide of at least one metal selected from the group consisting of tellurium (Te) and selenium (Se); (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 촉매의 중량을 기준으로 한 백분율로서, 각각 50 ~ 87%, 2 ~ 10%, 0.01 ~ 5%, 0 ~ 2%, 0.001 ~ 2% 및 10 ~ 40% 범위임.(a), (b), (c), (d) and (e) are percentages based on the weight of the catalyst, 50 to 87%, 2 to 10%, 0.01 to 5%, 0 to 2%, respectively. , 0.001 to 2% and 10 to 40%. 제 1 항에 있어서, 상기 탈수소-고리화 반응이 고정상 반응기에서 기상 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 촉매. The catalyst according to claim 1, wherein the dehydrogenation-ring reaction is carried out in a gas phase process in a fixed bed reactor. 제 1 항에 있어서, 구리 산화물 (a)을 촉매 전체 중량의 60 ~ 85 중량% 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1, wherein the copper oxide (a) is contained in the range of 60 to 85% by weight of the total weight of the catalyst. 제 1 항에 있어서, 코발트 산화물 (b)을 2.5 ~ 8 중량% 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1, which contains cobalt oxide (b) in the range of 2.5 to 8% by weight. 제 1 항에 있어서, M1 성분을 촉매 전체 중량의 0.05 ~ 3 중량% 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1, wherein the M1 component is contained in the range of 0.05 to 3% by weight of the total weight of the catalyst. 제 1 항에 있어서, M3 성분을 촉매 전체 중량의 0.005 ~ 0.5 중량% 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1, wherein the M3 component is contained in the range of 0.005 to 0.5% by weight of the total weight of the catalyst. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매가 튜브형 또는 할로우 실린더형 (hollow cylinder type)으로 성형되는 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalyst is shaped into a tubular or hollow cylinder type.
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