KR101070169B1 - A method for producing 2,6-dimethylphenol by methylation of phenol - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 페놀과 메탄올을 고정상 촉매상에서 기상으로 반응시켜 2,6-디메틸페놀을 제조하는데 유용한, 페놀의 메틸화 촉매 및 상기 촉매 하에서 2,6-디메틸페놀을 제조하는 방법에 관한 것이다.
더욱 자세하게는, 페놀로부터 2,6-디메틸페놀을 제조하는데 있어서 메타-크레졸과 파라-크레졸 및 2,4-디메틸페놀 등 페놀의 메타 또는 파라 위치에 알킬기가 치환된 알킬페놀 화합물의 부생을 최대한 억제하면서도 활성 및 장기 반응 안정성이 뛰어난 고선택적 오르토(ortho)-위치선택성 알킬화 촉매 및 상기 촉매하에서 2,6-디메틸페놀을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a methylation catalyst of phenol and a process for producing 2,6-dimethylphenol under the catalyst, useful for producing 2,6-dimethylphenol by reacting phenol and methanol in a gas phase on a fixed bed catalyst.
More specifically, in the production of 2,6-dimethylphenol from phenol, the maximal suppression of by-products of alkylphenol compounds substituted with alkyl groups at meta or para positions of phenols such as meta-cresol, para-cresol and 2,4-dimethylphenol And a highly selective ortho-regioselective alkylation catalyst which is excellent in activity and long term reaction stability and a process for preparing 2,6-dimethylphenol under said catalyst.

Description

페놀의 메틸화 반응에 의한 2,6-디메틸페놀의 제조 방법 {A METHOD FOR PRODUCING 2,6-DIMETHYLPHENOL BY METHYLATION OF PHENOL}Method for producing 2,6-dimethylphenol by methylation of phenol {A METHOD FOR PRODUCING 2,6-DIMETHYLPHENOL BY METHYLATION OF PHENOL}

본 발명은, 페놀과 메탄올을 고정상 촉매상에서 기상으로 반응시켜 2,6-디메틸페놀을 제조하는데 유용한, 페놀의 메틸화 촉매 및 상기 촉매 하에서 2,6-디메틸페놀을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a methylation catalyst of phenol and a process for producing 2,6-dimethylphenol under the catalyst, useful for producing 2,6-dimethylphenol by reacting phenol and methanol in a gas phase on a fixed bed catalyst.

더욱 자세하게는, 페놀로부터 2,6-디메틸페놀을 제조하는데 있어서 메타-크레졸과 파라-크레졸 및 2,4-디메틸페놀 등 페놀의 메타 또는 파라 위치에 알킬기가 치환된 알킬페놀 화합물의 부생을 최대한 억제하면서도 활성 및 장기 반응 안정성이 뛰어난 고선택적 오르토(ortho)-위치선택성 알킬화 촉매 및 상기 촉매하에서 2,6-디메틸페놀을 제조하는 방법에 관한 것이다.More specifically, in the production of 2,6-dimethylphenol from phenol, the maximal suppression of by-products of alkylphenol compounds substituted with alkyl groups at meta or para positions of phenols such as meta-cresol, para-cresol and 2,4-dimethylphenol And a highly selective ortho-regioselective alkylation catalyst which is excellent in activity and long term reaction stability and a process for preparing 2,6-dimethylphenol under said catalyst.

2,6-디메틸페놀은 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenylene oxide or polyphenylene ether)를 제조하는 모노머로 주로 사용되며, 산화방지제를 포함한 정밀화학 중간체의 원료로 사용된다. 폴리페닐렌옥사이드는 전기, 전자 분야, 자동차 분야, 산업 재료 분야, 식품용기 또는 포장 분야 등에 폭넓게 사용되는 엔지니어링 플라스틱이다.2,6-dimethylphenol is mainly used as a monomer to produce polyphenylene oxide or polyphenylene ether, and is used as a raw material for fine chemical intermediates including antioxidants. Polyphenylene oxide is an engineering plastic widely used in the fields of electricity, electronics, automobiles, industrial materials, food containers or packaging.

2,6-디메틸페놀을 폴리페닐렌옥사이드의 모노머로 사용하기 위해서는 고순도 제품이 요구되나, 천연 크레졸로부터는 요구 사양을 만족시킬 수가 없기 때문에 상기 화합물은 대부분 합성법으로 제조되고 있다. 이때, 부생되는 메타-크레졸 및 파라-크레졸 (이하 "m,p-크레졸" 이라고 함) 의 끓는점은 202℃ 및 203℃로 2,6-디메틸페놀의 끓는점인 203℃와 거의 동일하고 또한, 공비되기 때문에 단순한 증류조작으로는 정제가 불가능하다. 따라서 고순도의 2,6-디메틸페놀을 제조하기 위해서는 페놀의 메틸화 반응단계에서 m,p-크레졸의 부생량을 최소화 시켜야 하며, 이를 위해서는 메틸화촉매가 고선택적인 반응 특성을 가져야 한다. In order to use 2,6-dimethylphenol as a monomer of polyphenylene oxide, a high-purity product is required, but since the requirements cannot be satisfied from natural cresols, most of the compounds are manufactured by synthetic methods. At this time, the boiling point of the by-product meta-cresol and para-cresol (hereinafter referred to as "m, p-cresol") is almost the same as 203 ° C, which is the boiling point of 2,6-dimethylphenol at 202 ° C and 203 ° C, Therefore, it is impossible to purify by simple distillation operation. Therefore, in order to prepare high purity 2,6-dimethylphenol, the by-product of m, p-cresol should be minimized in the methylation reaction of phenol, and for this purpose, the methylation catalyst should have high selective reaction characteristics.

또한, 정제공정의 부하를 줄이기 위해서는 2,4-디메틸페놀 (b.p=211~212℃)의 부생을 억제시키는 것이 바람직하다. Moreover, in order to reduce the load of a purification process, it is preferable to suppress the by-product of 2, 4- dimethyl phenol (b.p = 211-212 degreeC).

그 외, 페놀의 메틸화 반응에 있어서 본 발명의 목적화합물인 2,6-디메틸페놀을 대부분 얻기 위해서는, 전환율이 높게 유지되는 반응조건으로 조업할 필요가 있으며 이때, 목적화합물인 2,6-디메틸페놀은 축차적으로 과메틸화 반응이 진행되어 2,4,6-트리메틸페놀이나 2,3,6-트리메틸페놀(이하 "트리메틸페놀=TMP" 이라고 함) 등이 생기므로, 2,6-디메틸페놀을 고선택적으로 얻기 위해서는 과메틸화 반응을 억제시킬 수 있는 촉매가 더욱 효과적이다. In addition, in order to obtain most of 2,6-dimethyl phenol which is the target compound of the present invention in the methylation reaction of phenol, it is necessary to operate under reaction conditions in which the conversion rate is kept high. In this case, 2,6-dimethyl phenol is the target compound. As the sequential hypermethylation reaction proceeds, 2,4,6-trimethylphenol and 2,3,6-trimethylphenol (hereinafter referred to as "trimethyl phenol = TMP") are produced. In order to obtain selectively, a catalyst capable of suppressing the hypermethylation reaction is more effective.

한편, 2,6-디메틸페놀에 함유된 불순물은 2,6-디메틸페놀을 단량체로서 사용하여 중합된 폴리페닐렌옥사이드의 품질을 떨어뜨리거나, 중합촉매의 활성을 감소시키는 문제를 일으킨다. 일본공개 특허 공개 1999-286542호에서는 2,6-디메틸페놀을 단량체로 사용하여 폴리페닐렌옥사이드를 제조하는 공정에서 2,6-디메틸페놀 중의 다른 알킬 페놀(o-크레졸, o-에틸페놀, m-크레졸, p-크레졸, 2,4,6-트리메틸페놀 등)의 함유량을 0.3 중량% 미만으로 조절함으로써 중합 촉매의 활성이 향상되고, 이에 따라 중합체 중의 촉매 잔류분의 제거를 위한 용매 사용의 최소화, 촉매제거 설비의 소형화 및 제거 공정의 간략화로부터 중합물의 회수 비용이 감소되므로 중합공정의 생산성 효율화를 실현할 수 있다고 제안하고 있다.On the other hand, impurities contained in 2,6-dimethylphenol cause problems of deteriorating the quality of the polyphenylene oxide polymerized using 2,6-dimethylphenol as a monomer or reducing the activity of the polymerization catalyst. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1999-286542 discloses other alkyl phenols (o-cresol, o-ethylphenol, m in 2,6-dimethylphenol in the process of producing polyphenylene oxide using 2,6-dimethylphenol as monomer. -By adjusting the content of cresol, p-cresol, 2,4,6-trimethylphenol, etc. to less than 0.3% by weight, the activity of the polymerization catalyst is improved, thereby minimizing the use of a solvent for the removal of catalyst residues in the polymer. Therefore, it is proposed that the cost of recovering the polymers can be reduced by miniaturization of the catalyst removal equipment and the simplification of the removal process, thereby realizing the productivity of the polymerization process.

또한, WO 2003/01450에서는 더욱 제한적으로 2,6-디메틸페놀의 중합 활성 개선과 중합체인 폴리페닐렌옥사이드의 고분자량화 달성 및 품질(특히 색조)개선을 위해서는 상기 불순물 중 특히, m-크레졸의 함유량이 2,6-디메틸페놀의 중량 기준 15 내지 700ppm, 보다 바람직하게는 15∼100ppm인 조성물을 제안하고 있으며, 이 조성물 범위의 2,6-디메틸페놀을 사용했을 때, 2,6-디메틸페놀의 중합 활성이 현저히 개선되고, 중합물인 폴리페닐렌옥사이드의 색조 개선효과가 뚜렷함을 예시하고 있다. In WO 2003/01450, moreover, in order to improve the polymerization activity of 2,6-dimethylphenol and to achieve high molecular weight of polymer polyphenylene oxide and to improve the quality (especially color tone), among the impurities, m-cresol A composition having a content of 15 to 700 ppm, more preferably 15 to 100 ppm, based on the weight of 2,6-dimethylphenol, has been proposed. When 2,6-dimethylphenol in the composition range is used, 2,6-dimethylphenol is used. It demonstrates that the polymerization activity of the remarkably improves and the color tone improvement effect of the polyphenylene oxide which is a polymer is remarkable.

즉, 이와 같은 사실은 페놀의 메틸화 반응 생성물을 증류조작에 의해서 정제할 시, 100ppm 이하의 m-크레졸 함유 2,6-디메틸페놀 조성물을 얻기 위해서는 메틸화 촉매 공정에서 m-크레졸의 선택도가 2,6-디메틸페놀 대비 0.01 중량%이하로 생성되는 고선택성 촉매가 요구됨을 의미한다.That is, this fact is that when the methylation reaction product of phenol is purified by distillation, m-cresol has a selectivity of 2,6-dimethylphenol in order to obtain a m-cresol-containing 2,6-dimethylphenol composition of 100 ppm or less. This means that a highly selective catalyst produced at 0.01% by weight or less relative to 6-dimethylphenol is required.

지금까지 2,6-디메틸페놀과 o-크레졸을 합성법으로 제조하기 위한 메틸화 촉매로서 공지된 기술은, 산화마그네슘(MgO)을 주성분으로 한 촉매 (USP 5,371,306, USP 4,661,638, USP 4,554,266, USP 4,418,224, USP 4,876,398, PL 159,203, PL 170,672, WO 2003 031,057, EP 785,180, 대한민국 특허 제 100558); 철(Fe)-바나듐(V)산화물계 촉매 (JP 2006 232,759, JP2005 029,518, JP 1998 113,561, CS 270,694); 망간산화물계 촉매 (JP 1994 025,041, JP 1985 218,345, USP 4,661,638); 코발트-페라이트형(CoFe2O4)촉매 (USP 2001 005,769); 및 알루미나(Al2O3), Y-지올라이트형의 산촉매 (USP 5,276,215, JP 93 97,737) 등이 있다.The technique known so far as a methylation catalyst for synthesizing 2,6-dimethylphenol and o-cresol is a catalyst based on magnesium oxide (MgO) (USP 5,371,306, USP 4,661,638, USP 4,554,266, USP 4,418,224, USP). 4,876,398, PL 159,203, PL 170,672, WO 2003 031,057, EP 785,180, Korean Patent No. 100558); Iron (Fe) -vanadium (V) oxide based catalysts (JP 2006 232,759, JP 2005 029,518, JP 1998 113,561, CS 270,694); Manganese oxide based catalysts (JP 1994 025,041, JP 1985 218,345, USP 4,661,638); Cobalt-ferrite type (CoFe 2 O 4 ) catalyst (USP 2001 005,769); And alumina (Al 2 O 3 ), Y-zeolitic acid catalysts (USP 5,276,215, JP 93 97,737).

그러나 공업적으로는 산화마그네슘계 촉매 및 철-바나듐계 촉매가 사용되고 있다. 각각의 촉매는 상업적으로 사용되고 있기는 하지만 반응 조건, 촉매의 수명 등의 관점에서 개선되어야 할 문제점들이 있다. 예를 들어, 산화마그네슘계 촉매는 반응공정이 350℃ 이상, 바람직하게는 370∼450℃의 고온에서 운전되나, per pass 전환율 및 2,6-디메틸페놀의 선택성이 낮고, 반면에 철-바나듐계 촉매는 산화마그네슘계 촉매에 비해 낮은 온도에서 조업이 가능하나 촉매가 쉽게 비활성화 되므로 촉매 재생 시스템을 갖춘 유동층 반응기에서 운전된다. 만약, 철-바나듐계 촉매를 고정상 반응기에서 운전할 경우 촉매를 수시로 재생해야 하므로 공업용 촉매로서 사용하는 데 문제가 있다.Industrially, however, magnesium oxide catalysts and iron-vanadium catalysts are used. Although each catalyst is used commercially, there are problems to be improved in terms of reaction conditions, catalyst life, and the like. For example, magnesium oxide catalysts are operated at high temperatures of 350 ° C. or higher, preferably 370-450 ° C., but have low per pass conversion and low selectivity for 2,6-dimethylphenol, while iron-vanadium-based catalysts. The catalysts can be operated at lower temperatures than magnesium oxide catalysts, but they are operated in a fluidized bed reactor with a catalyst regeneration system because the catalysts are easily deactivated. If the iron-vanadium-based catalyst is operated in a fixed bed reactor, the catalyst must be regenerated at any time, which causes problems in using it as an industrial catalyst.

특히, 본 발명자들은 페놀과 메탄올을 반응시켜 2,6-디메틸페놀을 제조하는 촉매를 연구하던 중, 철과 바나듐을 주성분으로 하는 촉매를 공업촉매로 활용되는데 있어서 치명적인 약점이 있다는 것을 발견하였다. 즉, 반응물인 페놀이나 생성물인 알킬페놀(o-크레졸과 2,6-디메틸페놀, 트리메틸 페놀류 등)류는 열적으로 매우 안정한 폴리(알킬)페놀류의 중합체 생성이 가능하며, 반응 중 촉매 상에서 생성된 이와 같은 고분자 물질들은 탄화되어 코크나 타르를 형성시키기 때문에 촉매의 비활성화가 매우 빠르게 진행된다. 또한, 상기 반응에서는 특이하게도 촉매 상에 생성된 코크가 단순히 촉매 활성을 떨어뜨릴 뿐 만 아니라, 촉매 입자를 팽창(swelling)시켜 장시간 운전 시에는 코크로 덮힌 팽창된 촉매입자에 의해 반응기가 막힐 수 있기 때문에 고정상(fixed bed) 반응 형태로 장기간 조업하기가 불가능하였다. In particular, the inventors of the present invention, while studying a catalyst for producing 2,6-dimethylphenol by reacting phenol with methanol, found that there is a fatal weakness in utilizing a catalyst mainly composed of iron and vanadium as an industrial catalyst. That is, the reactant phenol or the product alkylphenol (o-cresol and 2,6-dimethylphenol, trimethyl phenol, etc.) can produce polymers of thermally very stable poly (alkyl) phenols, which are formed on the catalyst during the reaction. Since these polymer materials are carbonized to form coke or tar, the catalyst deactivation proceeds very quickly. In addition, in the above reaction, the coke generated on the catalyst not only deteriorates the catalytic activity, but also swells the catalyst particles, so that the reactor may be blocked by the expanded catalyst particles covered with the coke during a long operation. This made it impossible to operate for a long time in the form of a fixed bed reaction.

이에, 상기 문제점을 개선하기 위하여 본 발명자들은 입자 간에 응집력이 약한 결정성의 철-바나듐 화합물(iron vanadate)로 구성된 촉매 성분에 무기물의 바인더(binder) 성분을 적정량 혼합하고, 또한 수소화 능력을 갖는 코발트나 니켈성분 중 적어도 하나 이상의 성분으로 개량한, 조성을 갖는 촉매에서 촉매입자를 중공형 실린더(hollow cylinder) 형태로 성형하고, 또한 반응을 환원 분위기, 특히, 수소가 함유된 기체 흐름 하의 환원 분위기에서 진행했을 때, 촉매활성 및 장기반응 안정성이 현격히 개선되는 것을 발견하고 상기기술에 대해 특허를 출원한 바 있다.(한국 특허 제891090호) 또한, 상기 특허의 촉매 성분 조성에 실리콘카바이드, 실리콘나이트라이드 등의 위스커(whisker)를 추가하고, 성분을 개량하여, 반응 시 코크생성에 의한 성형체 촉매입자의 팽창을 억제시킨, 보다 공업적인 활용성을 높힌 페놀의 알킬화 반응에 의한 o-크레졸과 2,6-자이레놀(=2,6-디메틸페놀)을 제조하는 방법에 대한 특허를 출원한바 있다.(한국특허 출원 제2008-0106033호)Therefore, in order to improve the above problems, the present inventors mix an appropriate amount of an inorganic binder component with a catalyst component composed of a crystalline iron vanadate compound having a weak cohesion force between particles, and further, cobalt na having a hydrogenation ability. In a catalyst having a composition improved with at least one of the nickel components, the catalyst particles were molded into a hollow cylinder, and the reaction was carried out in a reducing atmosphere, particularly in a reducing atmosphere under a gas stream containing hydrogen. At the time, the catalyst activity and long-term reaction stability have been found to be significantly improved and a patent has been filed for the above technology. (Korean Patent No. 891090) In addition, in the catalyst component composition of the patent, such as silicon carbide, silicon nitride, etc. Addition of whiskers, improvement of components, and formation of catalyst particles formed by coking during the reaction A patent has been filed for the preparation of o-cresol and 2,6-xylenol (= 2,6-dimethylphenol) by alkylation of more industrially available phenols with increased swelling. Korean Patent Application No. 2008-0106033)

그러나, 상기한 특허들은 반응의 목적화합물이 o-크레졸 및 2,6-디메틸페놀로서, 본 발명이 목표로 한 목적 화합물 2,6-디메틸페놀 만을 고 선택적으로 장시간 얻기 위해서는 상술한 바와 같이 m,p-크레졸과 2,4-디메틸페놀의 부생 및 TMP로의 과메틸화 반응을 억제 시키면서도, 장시간 활성이 유지되는 보다 개선된 촉매하에서 2,6-디메틸페놀을 제조하는 기술이 필요하며, 이와 같은 점에서 개선의 여지가 있다. However, the above-mentioned patents disclose that the target compounds of the reaction are o-cresol and 2,6-dimethylphenol, and in order to obtain only selectively the target compound 2,6-dimethylphenol targeted by the present invention for a long time, as described above, m, There is a need for a technique for producing 2,6-dimethylphenol under an improved catalyst that maintains long-term activity while inhibiting the by-product of p-cresol and 2,4-dimethylphenol and hypermethylation to TMP. There is room for improvement.

따라서, 본 발명의 목적은, 고정상 반응기에서 기상공정으로 페놀과 메탄올을 반응시켜 2,6-디메틸페놀을 고선택성 및 고수율로 장기간 연속적으로 제조할 수 있으며, 높은 전환율을 유지시키기 위한 반응 조건하에서도 선택성 및 내구성이 우수한 ortho-위치 선택성 메틸화촉매, 특히, m,p-크레졸 및 2,4-디메틸페놀 등 페놀의 메타 및 파라 위치에 메틸기가 치환된 부생물의 생성을 억제 시키는 개선 효과가 현저한 2,6-디메틸페놀의 효율적인 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to react phenol and methanol in a gas phase process in a fixed bed reactor to continuously produce 2,6-dimethylphenol with high selectivity and high yield for a long time, under reaction conditions to maintain high conversion. In addition, the ortho-position-selective methylation catalyst having excellent selectivity and durability, in particular, the effect of suppressing the production of by-products substituted with methyl groups in the meta and para positions of phenols such as m, p-cresol and 2,4-dimethylphenol is remarkable. The present invention provides an efficient method for preparing 2,6-dimethylphenol.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 가진 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]

[InaFebV1Ox(A)M2(B)]In a Fe b V 1 O x (A) M 2 (B)]

상기 화학식 1에 있어서, In Formula 1,

In, Fe 및 V 등의 촉매 성분은 산화물 상태로 존재하고,Catalyst components such as In, Fe, and V exist in an oxide state,

a 및 b 는 V의 조성 1을 기준으로 In 및 Fe 각 성분의 원자비를 나타내는 것으로서 a는 0.05~1.0, b는 0.05~1.0 이고,a and b represent the atomic ratio of each component of In and Fe based on the composition 1 of V, a is 0.05-1.0, b is 0.05-1.0,

x는 바나듐 성분의 조성 1을 기준으로 a, b 의 값 및 In, Fe, V 성분의 산화상태에 따라서 정해지는 수이며, x is a number determined according to the values of a, b and the oxidation states of In, Fe, and V components based on the composition 1 of the vanadium component,

M2는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 나타낸다.M 2 represents at least one component selected from silicate, aluminate or aluminum silicate compounds of alkaline earth metals.

또한, 본 발명은, 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 가진 촉매를 제공한다:In addition, the present invention provides a catalyst having a composition represented by the following general formula (2):

[화학식 2][Formula 2]

[InaFebV1M1cOx(A)M2(B)]In a Fe b V 1 M1 c O x (A) M2 (B)]

상기 화학식 2에 있어서, In Chemical Formula 2,

In, Fe, V 및 M1 등의 촉매 성분은 산화물 상태로 존재하고,Catalyst components such as In, Fe, V, and M1 exist in an oxide state,

M1은 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 비스무스(Bi) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분을 나타내고, M1 represents at least one component selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), molybdenum (Mo), zinc (Zn), bismuth (Bi) and chromium (Cr),

a,b 및 c는 V의 조성 1을 기준으로 In, Fe 및 M1 각 성분의 원자비를 나타내는 것으로서, a는 0.05~1.0, b는 0.05~1.0, c는 0~0.5 범위이며,a, b, and c represent the atomic ratios of the In, Fe, and M1 components based on the composition 1 of V, a is 0.05 to 1.0, b is 0.05 to 1.0, and c is 0 to 0.5,

x는 바나듐 성분의 조성 1을 기준으로 a,b,c 의 값 및 In, Fe, V, M1 성분의 산화상태에 따라서 정해지는 수이며,x is a number determined according to the values of a, b, c and the oxidation states of In, Fe, V, and M1 components based on the composition 1 of the vanadium component,

M2는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 나타낸다.M 2 represents at least one component selected from silicate, aluminate or aluminum silicate compounds of alkaline earth metals.

상기 화학식 1 및 2에서 A 및 B는 중량 %을 나타내며, A는 철, 인듐-바나데이트 조성물의 산화물 촉매나 또는 철,인듐-바나데이트 조성물에 M1성분군에서 선택된 하나 이상의 성분으로 개량된 산화물 촉매의 중량 %로, 70∼99의 값을 가지며, B는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 성분의 중량 %로 1∼30 범위의 값을 가진다.In Formulas 1 and 2, A and B represent weight%, A is an oxide catalyst of iron, an indium-vanadate composition, or an oxide catalyst improved with one or more components selected from the M1 component group in the iron, indium-vanadate composition. % By weight, having a value of 70-99, B is a weight% of at least one component selected from silicate, aluminate or aluminum silicate compounds of alkaline earth metals.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 촉매 하에서 페놀과 메탄올을 반응시키는데 있어서 스팀 및 환원 분위기, 특히, 스팀 및 수소를 함유하는 환원 분위기 하에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 2,6-디메틸페놀을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention, in the reaction of phenol and methanol under the catalyst represented by the formula (1) or 2, characterized in that the reaction under a reducing atmosphere containing steam and hydrogen, in particular, steam and hydrogen It provides a method for producing 2,6-dimethylphenol.

본 발명에 따라 페놀로부터 2,6-디메틸페놀을 얻기 위해 본 발명 조성의 촉매를 사용하고 스팀 및 수소함유 기체의 흐름 하에서 메틸화 반응을 수행 할 경우, 우수한 촉매 활성 및 장기 반응 안정성을 나타내었고, 이는 곧 상업 공정에서 페놀의 메틸화 반응을 고정상 반응기에서 기상 반응으로 온화한 운전 조건하에서도 수행할 수 있음을 의미하며, 촉매의 수시 재활성화 조작을 수행하지 않고도 2,6-디메틸페놀을 고선택성 및 고수율로 장시간 안정적으로 제조할 수 있게 한다. 또한, 페놀의 메틸화 반응 생성물 중 m,p-크레졸이나 2,4-디메틸페놀 및 TMP등의 부산물 생성을 억제시키는 개선효과가 뚜렷하여 고품위의 2,6-디메틸페놀을 얻기 위한 후단 정제과정을 증류조작만으로도 가능하게 하며, 또한 정제 공정을 크게 간략화 시킴으로서 고효율의 생산성을 실현할 수 있다. According to the present invention, when the catalyst of the present invention was used to obtain 2,6-dimethylphenol from phenol and the methylation reaction was carried out under the flow of steam and hydrogen-containing gas, it showed excellent catalytic activity and long-term reaction stability. This means that the methylation reaction of phenol in commercial processes can be carried out under mild operating conditions, in a gas phase reaction in a fixed bed reactor, and high selectivity and high yield of 2,6-dimethylphenol without the occasional reactivation of the catalyst It can be manufactured stably for a long time. In addition, the improvement effect of inhibiting the formation of by-products such as m, p-cresol or 2,4-dimethylphenol and TMP in the methylation reaction product of phenol is remarkable, and the post-refining process for obtaining high quality 2,6-dimethylphenol is distilled. It is possible to operate only by the operation, and also to simplify the purification process greatly, thereby achieving high efficiency productivity.

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

본 발명자들은 페놀알킬화 반응에서 2,6-디메틸페놀을 주생성물로 얻기 위해 Fe-V계 촉매의 단점을 극복하기 위한 여러 금속-바나데이트계 촉매 활성을 조사하던 중, 인듐-바나데이트계 촉매가 철-바나데이트계 촉매와 비슷한 활성을 보이면서도, 장기 반응 안정성이 우수함을 발견하였다. 더욱이, 인듐-바나데이트에 철 성분을 함유시키거나 또는, 철-바나데이트에 인듐 성분으로 개량된 촉매에서 메틸화 반응 활성이 비약적으로 증진 되었으며, 높은 전환율에서도 과메틸화 반응이 현격히 억제되어 2,6-디메틸페놀의 선택성이 높으며, 또한 내구성이 현격히 개선됨을 발견하였다. 나아가, 철-바나데이트에 인듐 성분으로 개량된 촉매나 또는 인듐, 철-바나데이트 조성물을 화학식 M1 중 하나 이상의 성분으로 개량한 촉매에 M2 성분으로 알칼리토금속의 실리케이트나 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 화합물 중에서 선택된 하나이상의 성분을 첨가하면 2,6-디메틸페놀의 선택성이 더욱 향상되고, M2가 포함되지 않은 촉매계보다 m,p-크레졸 및 TMP의 부생이 현격히 억제되며, 또한 가혹한 온도 조건에서도 2,6-디메틸페놀 대비 부생물의 부생량이 개선되는 효과를 발견하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors investigated various metal-vanadate catalyst activity to overcome the disadvantages of Fe-V catalyst to obtain 2,6-dimethylphenol as the main product in the phenolalkylation reaction. While showing similar activity as the iron-vanadate catalyst, it was found that the long-term reaction stability is excellent. Moreover, the methylation reaction activity was dramatically increased in the catalyst containing the iron component in the indium-vanadate or the indium component in the iron-vanadate, and the hypermethylation reaction was significantly suppressed even at a high conversion rate, resulting in 2,6- It has been found that the selectivity of dimethylphenol is high and the durability is significantly improved. Furthermore, a catalyst improved with an indium component in iron-vanadate or a catalyst in which an indium, iron-vanadate composition is improved with one or more components of the formula M1 is selected from silicate, aluminate or aluminum silicate compounds of alkaline earth metals as the M2 component. The addition of one or more components further improves the selectivity of 2,6-dimethylphenol and significantly inhibits the by-products of m, p-cresol and TMP over catalyst systems that do not contain M2, and also provides 2,6-dimethyl in harsh temperature conditions. The present invention was found to have an effect of improving the by-products of by-products compared to phenols, and completed the present invention.

본 발명에 따른 상기 화학식 1 또는 2 의 촉매는 V의 조성이 1 일 때, In은 0.05~1.0, 바람직하게는 0.07~0.9 원자비의 조성을 가지며, 이보다 낮거나 높을 때는 촉매활성 및 선택성이 떨어진다. Fe는 V의 조성이 1일 때, 0.05~1.0, 바람직하게는 0.1~0.95 원자비의 조성을 가지며, 이보다 낮거나 높을 때는 촉매 활성이 낮거나 선택성이 떨어진다. 상기 In 및 Fe의 원자비의 합은 V 성분량을 기준했을 때 1:1 원자비에 근접되는 조성의 촉매가 활성 및 선택성 측면에서 바람직하다.In the catalyst of Formula 1 or 2 according to the present invention, when the composition of V is 1, In has a composition of 0.05 to 1.0, preferably 0.07 to 0.9 atomic ratio, and when it is lower or higher than this, catalytic activity and selectivity are inferior. Fe has a composition of 0.05 to 1.0, preferably 0.1 to 0.95 atomic ratio when the composition of V is 1, and when it is lower or higher than this, the catalytic activity is low or the selectivity is inferior. The sum of the atomic ratios of In and Fe is preferably a catalyst having a composition close to the 1: 1 atomic ratio based on the V component amount in terms of activity and selectivity.

상기 조성물의 촉매는 기존 철-바나데이트계 촉매에 비해, 2,6-디메틸페놀에 대한 반응 활성이 현저히 우수하며, 또한 상기 조성물에 따른 촉매는 M1 성분을 포함하여, 보다 개량된 촉매 특성을 발휘할 수 있다. M1성분은 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 비스무스(Bi) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 나타내고, V의 조성이 1일 때, 0~0.5 바람직하게는 0~0.25 원자비 범위의 값을 가진다. 상기 범위 보다 높을 때는 촉매활성 및 선택성이 낮아진다. The catalyst of the composition is remarkably superior in the reaction activity to 2,6-dimethylphenol, compared to the existing iron-vanadate catalyst, and the catalyst according to the composition, including the M1 component, can exhibit more improved catalytic properties Can be. The M 1 component represents one or more components selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), molybdenum (Mo), zinc (Zn), bismuth (Bi) and chromium (Cr), and V When the composition of is 1, 0 to 0.5, preferably has a value in the range of 0 to 0.25 atomic ratio. When higher than the said range, catalytic activity and selectivity will become low.

본 발명에 따른 촉매는 철, 인듐-바나데이트 산화 조성물 촉매 및 철, 인듐-바나데이트 산화 조성물에 화학식 2의 M1 성분군에서 선택된 하나 이상의 성분으로 개량된 조성물에 알칼리토금속의 실리케이트나 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 첨가한 것으로 2,6-디메틸페놀의 선택성이 더욱 향상되고, 보다 가혹한 온도 조건에서도 촉매의 선택성이 유지된다. The catalyst according to the present invention is an iron, indium-vanadate oxidizing composition catalyst and an iron, indium-vanadate oxidizing composition in the composition improved by at least one component selected from the M1 component group of formula (2) silicate or aluminate or aluminum of alkaline earth metals The addition of at least one component selected from the silicates further improves the selectivity of 2,6-dimethylphenol and maintains the selectivity of the catalyst even in more severe temperature conditions.

본 발명에서 알칼리토금속은 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등이 사용될 수 있다. Alkaline earth metal in the present invention may be used beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and the like.

알칼리토금속 실리케이트는 NO : SiO2(N은 알칼리토금속)의 비에 따라 NSiO3, N3Si2O7, N2SiO4등 다양한 형태일 수 있으나, 특별히 한 화합물에 제한되지는 않으며, 2종 이상의 알칼리토금속으로 이루어진 실리케이트일 수 있다. [예) 알칼리토금속이 Ca인 경우 : CaSiO3, Ca2SiO4, CaSi2O5, Ca3Si2O7, Ca3SiO5, CaBeSiO4, Ca2BeSi2O7 등]The alkaline earth metal silicate may be in various forms such as NSiO 3 , N 3 Si 2 O 7 , N 2 SiO 4 , depending on the ratio of NO: SiO 2 (N is alkaline earth metal), but is not particularly limited to one compound. It may be a silicate composed of the above alkaline earth metal. Example: In case the alkaline earth metal is Ca: CaSiO 3 , Ca 2 SiO 4 , CaSi 2 O 5 , Ca 3 Si 2 O 7 , Ca 3 SiO 5 , CaBeSiO 4, Ca 2 BeSi 2 O 7 Etc]

알칼리토금속 알루미네이트는 NO : Al2O3(N은 알칼리토금속)의 비에 따라 다양한 형태일 수 있고 [예) 알칼리토금속이 Ca인 경우 : CaAl2O4, Ca3Al2O6, Ca2Al2O5, Ca5Al6O14 등], 알칼리토금속의 알루미늄실리케이트는 NO : Al2O3 : SiO2(N은 알칼리토금속)비에 따라 다양한 형태일 수 있으나 [예) 알칼리토금속이 Ca인 경우 : CaAl2Si2O8, Ca3Al2Si3O12, Ca3Al6Si2O16, CaAl2SiO6, Ca2Al2SiO7 등] 특별히 한 화합물에 제한되지는 않으며 또한, 상기 화합물은 2종 이상의 알칼리토금속으로 이루어진 알칼리토금속 알루미네이트나 알칼리토금속 알루미늄실리케이트 일 수 있다. [예) BaCa2Al8O15, Ba5CaAl4O12, Ba1 .4SrCa0 .6Al2O6 등]Alkaline earth metal aluminate may have various forms according to the ratio of NO: Al 2 O 3 (N is alkaline earth metal). [Example] When alkaline earth metal is Ca: CaAl 2 O 4 , Ca 3 Al 2 O 6 , Ca 2 Al 2 O 5 , Ca 5 Al 6 O 14, etc.], the aluminum silicate of alkaline earth metal may be in various forms depending on the ratio of NO: Al 2 O 3 : SiO 2 (N is alkaline earth metal). In case of: CaAl 2 Si 2 O 8 , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 , Ca 3 Al 6 Si 2 O 16 , CaAl 2 SiO 6 , Ca 2 Al 2 SiO 7, etc.] Not specifically limited to one compound The compound may be an alkaline earth metal aluminate or an alkaline earth metal aluminum silicate composed of two or more alkaline earth metals. EXAMPLE) such BaCa 2 Al 8 O 15, Ba 5 CaAl 4 O 12, Ba 1 .4 SrCa 0 .6 Al 2 O 6]

그러나 보다 바람직하게는 알칼리토금속 실리케이트 화합물이 효과적이고, 더욱 바람직하게는 마그네슘실리케이트이나 칼슘실리케이트 화합물이 효과적이다. 본 발명에 따른 촉매는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 포함함으로서, 촉매의 선택도 및 활성 증가 효과 외에도 반응 안정성 측면에서 보다 효율적이고 개량된 공업촉매로서의 특성이 발현된다. 구체적으로, 코크 생성에 의한 성형체 입자의 부피 팽창을 억제시켜 장기 반응 안정성을 확보시키는 효과 및 단위 부피당 촉매 활성을 조절하여 국소 고온점 발생을 완화시켜 run-away를 억제시키는 효과 등이 있다.More preferably, however, alkaline earth metal silicate compounds are effective, and still more preferably magnesium silicate or calcium silicate compounds. Since the catalyst according to the present invention includes at least one component selected from silicate, aluminate or aluminum silicate of alkaline earth metals, in addition to the effect of increasing the selectivity and activity of the catalyst, the catalyst is expressed as a more efficient and improved industrial catalyst in terms of reaction stability. . Specifically, there is an effect of inhibiting the volume expansion of the shaped particles by the formation of coke to ensure long-term reaction stability, and by controlling the catalytic activity per unit volume to alleviate the occurrence of local hot spots to inhibit run-away.

본 발명에 따른 촉매에서 사용되는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 화합물(B)은 분말 형태로서, 입자크기는 50메쉬이하, 보다 바람직하게는 100메쉬 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 화학식 1 및 2에서 촉매 모 성분(A)와는 분말형태로 혼합될 수 있다. 이때, 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분(B)는 전체 촉매 조성물의 중량을 기준으로 1∼30 중량% 범위에서 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 5∼20 중량% 범위에서 사용될 수 있다. 이보다 과량 사용시 촉매 활성이 떨어지고 이보다 적으면 사용 효과가 떨어진다. The silicate, aluminate or aluminum silicate compound (B) of the alkaline earth metal used in the catalyst according to the present invention is in powder form, and the particle size is preferably 50 mesh or less, more preferably 100 mesh or less. The catalyst parent component (A) in 1 and 2 may be mixed in powder form. In this case, at least one component (B) selected from silicate, aluminate or aluminum silicate of alkaline earth metal may be used in the range of 1 to 30% by weight, more preferably in the range of 5 to 20% by weight, based on the weight of the total catalyst composition. Can be used in If it is used in excess of this, the catalytic activity decreases, and if it is less than this, the use effect decreases.

본 발명에 따른 상기 화학식 1 또는 2 의 촉매에서 A성분 조성물은 공침법으로 제조하는 것이 바람직하며, 예를 들어 In, Fe 및 M1성분 중에서 선정된 각 성분들은 각 성분의 질산염을 사용하여 탈이온수에 함께 녹이고 (용액A), V은 V2O5나 또는 암모늄바나데이트(NH4VO3)를 탈이온수에 옥살산이나 모노에탄올아민을 가하여 녹이며 (용액B), 침전제 또는 중화제는 Na, K 등의 수산화물이나 탄산염, 중탄산염 등을 사용할 수도 있으나, 공침과정 후 세정과정을 단순화시키기 위해 암모니아수를 사용하는 것이 바람직하다. 촉매는 탈이온수에 상기 용액A와 용액B를 동시에 적가하거나 또는 용액B에 용액A를 적가하여 공침시켜 수득하는 과정에 의해서 제조될 수 있다. 공침조건은 0~100℃, 바람직하게는 10~60℃에서, pH는 5~11, 바람직하게는 6.5~9 범위에서 조절되도록 한다. 특히, pH가 낮을 때는 Fe 성분이 용해될 수 있고, 높을 때는 V성분이 용해될 수 있으므로 가능한 pH 7에 근접한 조건에서 제조하는 것이 좋다.In the catalyst of Chemical Formula 1 or 2 according to the present invention, the A component composition is preferably prepared by coprecipitation method. Dissolve together (solution A), and V is dissolved in V 2 O 5 or ammonium vanadate (NH 4 VO 3 ) by adding oxalic acid or monoethanolamine to deionized water (solution B), and the precipitant or neutralizing agent is Na, K, etc. Hydroxide, carbonate, bicarbonate, etc. may be used, but it is preferable to use ammonia water to simplify the cleaning process after the coprecipitation process. The catalyst may be prepared by the process of dropwise addition of solution A and solution B to deionized water at the same time or by coprecipitation by dropwise addition of solution A to solution B. Coprecipitation conditions are adjusted to be in the range of 0 to 100 ° C, preferably 10 to 60 ° C, and the pH of 5 to 11, preferably 6.5 to 9. Particularly, when the pH is low, the Fe component may be dissolved, and when the pH is high, the V component may be dissolved.

공침 후 50~90℃에서 2~12시간 동안 수열숙성(ageing)하고 세정, 여과한다. 얻어진 케익을 건조시켜 분말화하고, 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 성분 중에서 선택된 하나 이상의 성분 분말을 균일하게 혼합한다. 이후, 혼합된 분말을 성형한다. After coprecipitation, hydrothermal aging (ageing) for 2 to 12 hours at 50 ~ 90 ℃, washed, filtered. The cake obtained is dried and powdered, and uniformly mixed with one or more component powders selected from silicate, aluminate or aluminum silicate components of alkaline earth metals. Thereafter, the mixed powder is molded.

성형은 분말을 타정법 등의 방법을 사용하여 여러 가지 형태(모양)로 제조할 수 있고, 성형된 촉매는 소성과정을 거친다. 소성조건은 공기 분위기에서 300~700℃, 바람직하게는 370~600℃ 범위에서 수행한다.Molding can be made into powders in various forms (shapes) using a method such as tableting, and the shaped catalyst is subjected to calcination. The firing conditions are carried out in an air atmosphere in the range of 300 to 700 ° C, preferably 370 to 600 ° C.

상기 방법으로 제조된 촉매를 반응기에 충진 하고, 반응온도로 승온 후 페놀과 메탄올의 혼합용액을 직접 가해 반응시킬 수도 있으나, 반응 초기의 빠른 안정화를 위해서는 반응물을 공급하기 전에 촉매를 환원시키는 것이 바람직하다. 상기 촉매의 환원과정은 통상적으로 사용되는 수소/질소 혼합가스를 사용하여 400℃ 이내, 바람직하게는 300~350℃에서 수행한다.The catalyst prepared by the above method is charged in a reactor, and the reaction mixture may be added by directly adding a mixed solution of phenol and methanol after raising the reaction temperature, but it is preferable to reduce the catalyst before supplying the reactant for fast stabilization at the beginning of the reaction. . The reduction process of the catalyst is carried out within 400 ℃, preferably 300 ~ 350 ℃ using a hydrogen / nitrogen mixed gas commonly used.

반응물인 페놀과 메탄올은 페놀에 대한 메탄올의 몰비가 1:2~1:8 범위에서 사용하고, 바람직하게는 1:3 내지 1:6 범위에서 사용한다. 이때, 반응물 중에 물을 첨가할 수 있으며, 첨가량은 페놀 대비 몰비로 3 이하에서 사용한다. 반응온도는 250~500℃, 바람직하게는 300~400℃이며, 반응압력은 상압~5기압, 바람직하게는 상압~3기압 범위에서 운전한다.The reactants phenol and methanol are used in the molar ratio of methanol to phenol in the range of 1: 2 to 1: 8, preferably in the range of 1: 3 to 1: 6. At this time, water may be added to the reactants, and the amount of the additive is used at a molar ratio of 3 or less. The reaction temperature is 250 to 500 ° C, preferably 300 to 400 ° C, and the reaction pressure is operated at a normal pressure to 5 atmospheres, preferably at a normal pressure to 3 atmospheres.

반응은 촉매 상에 페놀과 메탄올 및 물의 기체상 혼합물만을 공급하여 반응시킬 수도 있으나 반응물 및 생성물이 반응기 내부에서 항시적으로 기상 상태를 유지하고 반응물의 원활한 흐름을 위해서는 기체 흐름을 부가하는 것이 필수적이며, 이 때, 질소, 아르곤 등의 비활성 기체를 공급할 수 있으나, 본 발명에 따라 수소를 함유하는 기체를 공급하여 환원 분위기를 유지하는 것이 촉매 수명을 늘리는데 효과적이다. 수소 사용량은 부가 기체 대비 5~100%, 바람직하게는 10% 이상 사용하는 것이 효과적이다.The reaction may be carried out by supplying only a gaseous mixture of phenol, methanol and water on the catalyst, but it is essential to add a gas stream to keep the reactants and products in a gaseous state at all times within the reactor and to smoothly flow the reactants. At this time, inert gas such as nitrogen and argon can be supplied, but according to the present invention, it is effective to increase the catalyst life by maintaining a reducing atmosphere by supplying a gas containing hydrogen. The amount of hydrogen used is 5 to 100%, preferably 10% or more relative to the additional gas.

이와 같이 화학식 1 또는 2 의 조성을 갖는 촉매는 제시된 반응조건 및 반응 분위기에서 운전시 촉매 활성 및 촉매 수명을 현저하게 향상시킬 수 뿐 아니라, 페놀의 메타 또는 파라 위치에 알킬기가 치환된 부생물의 생성을 억제시키고 2,6-디메틸페놀에 대한 수율 및 선택도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 보다 가혹한 온도 조건에서도 촉매의 활성 및 선택성이 장기간 유지될 수 있다. 이는 개량된 인듐,철-바나데이트계 촉매를 사용하여 페놀의 메틸화 반응을 고정층 반응 공정으로도 공업적으로 시도할 수 있음을 의미하며, 2,6-디메틸페놀을 주생성물로 한 페놀 메틸화 반응에서 조업 안정성을 향상시키고, 후단의 정제 공정 부하를 획기적으로 줄임으로서 공업용 촉매로서 활용성을 향상시킨 것이다. 그리고 장시간 사용하여 비활성화된 촉매는 반응기에 충진된 상태에서 탈탄화 과정을 거쳐 재생하여 반복사용 할 수 있다.As described above, the catalyst having the composition of Formula 1 or 2 not only can significantly improve the catalytic activity and catalyst life when operating in the reaction conditions and the reaction atmosphere. Inhibit and significantly improve the yield and selectivity to 2,6-dimethylphenol. In addition, the activity and selectivity of the catalyst can be maintained for a long time even in more severe temperature conditions. This means that an improved indium, iron-vanadate catalyst can be used to industrially attempt the methylation of phenol in a fixed bed reaction process. In the phenol methylation reaction with 2,6-dimethylphenol as the main product, It improved the operation stability and drastically reduced the load of the subsequent purification process to improve the utility as an industrial catalyst. In addition, the catalyst deactivated by using for a long time can be repeatedly used by regeneration after decarbonization in the state filled in the reactor.

이하, 본 발명은 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

실시예Example 1 One

촉매 : In(0.125)Fe(0.875)V(1.0)Ox[90 중량%]/ MgSiO3[10 중량%]Catalyst: In (0.125) Fe (0.875) V (1.0) O x [90 wt.%] / MgSiO 3 [10% by weight]

<촉매제조><Catalyst preparation>

탈이온수 200g에 모노에탄올아민 15.7g 과 NH4VO3 30.0g을 가하고, 가온하여 녹인 후 실온으로 식혔다(용액 B). 11.4g의 In(NO3)3·3H2O 과 85.5g의 Fe(NO3)3·9H2O 을 300g의 탈이온수에 녹인 용액(용액 A)을 준비한 후, pH를 조절하면서 동시에 적가 하여 공침 과정을 수행하였다. 이 후, 묽은 암모니아수 용액을 가해 슬러리 용액의 pH를 7.0으로 맞추고 가온하여, 80℃에서 3시간 동안 수열 숙성과정을 수행한 후, 감온하고 여과, 세정하였다. 얻어진 케익은 120℃에서 12시간 동안 건조하였다. 완전 건조된 케익을 분말화하여 분말 A를 얻었다.To 200 g of deionized water, 15.7 g of monoethanolamine and 30.0 g of NH 4 VO 3 were added, dissolved in warm water, and cooled to room temperature (solution B). Prepare a solution (solution A) in which 11.4 g of In (NO 3 ) 3 · 3H 2 O and 85.5 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O are dissolved in 300 g of deionized water, and then dropwise added while adjusting the pH. The co-precipitation process was performed. Thereafter, a diluted ammonia water solution was added to adjust the pH of the slurry solution to 7.0, followed by warming, followed by hydrothermal aging at 80 ° C. for 3 hours, followed by temperature reduction, filtration and washing. The cake obtained was dried at 120 ° C. for 12 hours. The completely dried cake was powdered to give Powder A.

90 중량%의 분말 A에 MgSiO3(Aldrich, Florisil ; Magnesium silicate fine powder) 분말을 10 중량% 만큼 가하고 볼밀링 방법으로 파쇄 및 혼합 과정을 수행하였다. MgSiO 3 (Aldrich, Florisil; Magnesium silicate fine powder) powder was added to 90% by weight of powder A, and crushed and mixed by a ball milling method.

혼합된 분말을 타정법으로 성형한 뒤 얻어진 성형체를 20~40mesh 크기로 분급한 후, 480℃, 공기 분위기 하에서 6시간 동안 소성하였다. After the mixed powder was molded by tableting, the obtained molded product was classified into 20 to 40 mesh, and then fired at 480 ° C. for 6 hours under an air atmosphere.

<알킬화 반응><Alkylation reaction>

소성된 촉매 4.0g을 1/2관형 반응기에 충진 하고, 5% H2/N2로 350℃에서 환원하였다. 이 후, 반응온도 340℃, 상압에서, 페놀 : 메탄올 : 물 = 1 : 5 : 1 m/m/m의 혼합물을 6.4ml/hr 속도로 H2(600ml/hr)와 함께 공급하면서 연속 반응을 수행하였다. 300시간 경과 후에는 반응온도 상승에 따른 촉매의 반응성 변화를 조사하기 위해 345℃에서 운전하였다.4.0 g of the calcined catalyst was charged to a 1/2 kPa tubular reactor and reduced at 350 ° C. with 5% H 2 / N 2 . Thereafter, at a reaction temperature of 340 ° C. and atmospheric pressure, a continuous reaction was carried out while feeding a mixture of phenol: methanol: water = 1: 5: 1 m / m / m with H 2 (600 ml / hr) at a rate of 6.4 ml / hr. Was performed. After 300 hours, the reaction was carried out at 345 ° C. to investigate the change in the reactivity of the catalyst as the reaction temperature increased.

반응 결과는 아래 표 1에서와 같으며, m,p-크레졸의 부생량은 2,6-디메틸페놀 대비 100ppm 이하였고, TMP의 부생량도 2.0% 이하였다.The reaction results are shown in Table 1 below. The by-product amount of m, p-cresol was 100 ppm or less compared to 2,6-dimethylphenol, and the by-product amount of TMP was 2.0% or less.

또한, 반응온도 증가에 따른 2,6-DMP의 선택율 감소나 부생성물의 부생량 증가도 거의 없었다.
In addition, there was little decrease in selectivity of 2,6-DMP or increase in by-product byproducts with increasing reaction temperature.

반응경과시간 (hr)
Reaction time (hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
페놀 전환율 (%)
Phenolic Conversion Rate (%)
선택도Selectivity
2,6-디메틸페놀(%)2,6-dimethylphenol (%) o-크레졸 (%)o-cresol (%) m,p-크레졸 (%)m, p-cresol (%) 2,4-디메틸페놀(%)2,4-dimethylphenol (%) 트리메틸페놀 (%)Trimethylphenol (%) 120120 340340 100100 97.2297.22 0.020.02 0.0080.008 0.010.01 1.8561.856 240240 340340 100100 97.3097.30 0.020.02 0.0070.007 0.010.01 1.7671.767 360360 345345 100100 97.1897.18 0.010.01 0.0060.006 0.020.02 1.8521.852

실시예Example 2 2

촉매 : In(0.125)Fe(0.825)Co(0.05)V(1.0)Ox[90 중량%]/ MgSiO3[10 중량%]Catalyst: In (0.125) Fe (0.825) Co (0.05) V (1.0) O x [90 wt.%] / MgSiO 3 [10% by weight]

<촉매제조><Catalyst preparation>

탈이온수 200g에 모노에탄올아민 15.7g 과 NH4VO3 30.0g을 가하고, 가온하여 녹인 후 실온으로 식혔다(용액 B). 11.4g의 In(NO3)3·3H2O, 85.5g의 Fe(NO3)3·9H2O 및 3.73g의 Co(NO3)2·6H2O을 300g의 탈이온수에 녹인 용액(용액 A)을 준비한 후, pH를 조절하면서 동시에 적가 하여 공침 과정을 수행하였다. 이 후의 촉매제조 및 알킬화 반응은 실시예 1에서와 동일하게 진행하였다.To 200 g of deionized water, 15.7 g of monoethanolamine and 30.0 g of NH 4 VO 3 were added, dissolved in warm water, and cooled to room temperature (solution B). A solution of 11.4 g of In (NO 3 ) 3 · 3H 2 O, 85.5 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, and 3.73 g of Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O in 300 g of deionized water ( After preparing solution A), co-precipitation was performed by dropwise addition while adjusting pH. Subsequent catalyst preparation and alkylation reactions proceeded in the same manner as in Example 1.

반응 결과는 아래 표 2에서와 같으며, m,p-크레졸의 부생량은 2,6-디메틸페놀 대비 70ppm 이하였고, TMP의 부생량도 1.8%이하였다.
The reaction results are shown in Table 2 below. The by-product amount of m, p-cresol was 70 ppm or less compared to 2,6-dimethylphenol, and the by-product amount of TMP was 1.8% or less.

반응경과시간 (hr)
Reaction time (hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
페놀 전환율 (%)
Phenolic Conversion Rate (%)
선택도Selectivity
2,6-디메틸페놀(%)2,6-dimethylphenol (%) o-크레졸 (%)o-cresol (%) m,p-크레졸 (%)m, p-cresol (%) 2,4-디메틸페놀(%)2,4-dimethylphenol (%) 트리메틸페놀 (%)Trimethylphenol (%) 120120 340340 100100 97.4097.40 0.060.06 0.0060.006 0.010.01 1.701.70 240240 340340 100100 97.5897.58 0.110.11 0.0050.005 0.010.01 1.511.51 360360 345345 100100 97.5097.50 0.060.06 0.0050.005 0.010.01 1.601.60

실시예Example 3 3

촉매 : In(0.125)Fe(0.825)Co(0.05)Cr(0.05)V(1.0)Ox[90 중량%]/CaSiO3[10 중량%]Catalyst: In (0.125) Fe (0.825) Co (0.05) Cr (0.05) V (1.0) O x [90 wt%] / CaSiO 3 [10 wt%]

<촉매제조><Catalyst preparation>

탈이온수 200g에 모노에탄올아민 15.7g 과 NH4VO3 30.0g을 가하고, 가온하여 녹인 후 실온으로 식혔다(용액 B). 11.4g의 In(NO3)3·3H2O, 85.5g의 Fe(NO3)3·9H2O 및 3.73g의 Co(NO3)2·6H2O, 5.1g의 Cr(NO3)2·4H2O 을 300g의 탈이온수에 녹인 용액(용액 A)을 준비한 후, pH를 조절하면서 동시에 적가 하여 공침 과정을 수행하였다. 이 후의 과정은 실시예 1에서와 동일하게 진행하여 모성분 분말을 준비한 뒤, CaSiO3 [Wallastonite CaO(45.12)SiO2(50.68) fine powder, 분쇄 후 200mesh 이하] 사용하여 촉매를 제조하고 실시예1에서와 같은 방법 및 조건에서 후처리한 후, 동일하게 알킬화 반응을 수행하였다. To 200 g of deionized water, 15.7 g of monoethanolamine and 30.0 g of NH 4 VO 3 were added, dissolved in warm water, and cooled to room temperature (solution B). 11.4 g of In (NO 3 ) 3 · 3H 2 O, 85.5 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, and 3.73 g of Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, 5.1 g of Cr (NO 3 ) After preparing a solution (solution A) in which 2 · 4H 2 O was dissolved in 300 g of deionized water, the co-precipitation process was performed by dropwise addition while adjusting the pH. Subsequent processes were performed in the same manner as in Example 1 to prepare a parent powder, and then CaSiO 3 [Wallastonite CaO (45.12) SiO 2 (50.68) fine powder, not more than 200mesh after pulverization] The catalyst was prepared using the same method and conditions as in Example 1, and then subjected to the alkylation reaction in the same manner.

반응 결과는 아래 표 3에서와 같으며, m,p-크레졸의 부생량은 2,6-디메틸페놀 대비 120ppm 이하였고 TMP부생량도 2.0% 이하였으며 촉매의 장기반응 안정성도 우수하였다.
The reaction results are shown in Table 3 below. The by-products of m, p-cresol were 120 ppm or less compared to 2,6-dimethylphenol, the TMP by-product was 2.0% or less, and the long-term reaction stability of the catalyst was also excellent.

반응경과시간 (hr)
Reaction time (hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
페놀 전환율 (%)
Phenolic Conversion Rate (%)
선택도Selectivity
2,6-디메틸페놀(%)2,6-dimethylphenol (%) o-크레졸 (%)o-cresol (%) m,p-크레졸 (%)m, p-cresol (%) 2,4-디메틸페놀(%)2,4-dimethylphenol (%) 트리메틸페놀 (%)Trimethylphenol (%) 120120 340340 99.9999.99 97.2897.28 0.100.10 0.0110.011 0.010.01 1.871.87 240240 340340 99.9999.99 97.4497.44 0.120.12 0.0080.008 0.010.01 1.701.70 15001500 343343 99.9999.99 97.5797.57 0.400.40 0.0070.007 0.010.01 1.421.42

실시예Example 4 4

촉매 : In(0.125)Fe(0.825)Co(0.05)V(1.0)Ox[90 중량%]/MgAl2O4[10 중량%]Catalyst: In (0.125) Fe (0.825) Co (0.05) V (1.0) O x [90 wt%] / MgAl 2 O 4 [10 wt%]

실시예 2에서와 동일한 모성분 분말을 준비한 뒤, MgAl2O4 (High purity chemical사 제품, 분쇄 후 200mesh 이하)을 사용하여 촉매를 제조하고 실시예 1에서와 같은 방법 및 조선에서 후처리한 후, 동일하게 알킬화 반응을 수행하였다. After preparing the same parent powder as in Example 2, MgAl 2 O 4 (High purity chemical company product, after the grinding 200mesh or less) to prepare a catalyst and the post-treatment in the same method and shipbuilding as in Example 1, the alkylation reaction was carried out in the same manner.

반응 결과는 아래 표 4에서와 같으며, m,p-크레졸의 부생량은 2,6-디메틸페놀 대비 140ppm 이하였다.
The reaction results are shown in Table 4 below, and the by-product amount of m, p-cresol was 140 ppm or less compared to 2,6-dimethylphenol.

반응경과시간 (hr)
Reaction time (hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
페놀 전환율 (%)
Phenolic Conversion Rate (%)
선택도Selectivity
2,6-디메틸페놀(%)2,6-dimethylphenol (%) o-크레졸 (%)o-cresol (%) m,p-크레졸 (%)m, p-cresol (%) 2,4-디메틸페놀(%)2,4-dimethylphenol (%) 트리메틸페놀 (%)Trimethylphenol (%) 120120 340340 100100 96.7196.71 0.030.03 0.0130.013 0.010.01 2.262.26 240240 340340 100100 96.9496.94 0.020.02 0.0120.012 0.010.01 2.052.05 360360 345345 100100 96.5996.59 0.040.04 0.0130.013 0.010.01 2.472.47

비교예Comparative example 1 One

촉매 : Fe(1.0)Co(0.05)V(1.0)Ox Catalyst: Fe (1.0) Co (0.05) V (1.0) O x

상기 조성물 촉매를 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조하고, 반응온도가 345℃인 것을 제외하고는 동일한 방법 및 조건에서 페놀 메틸화 반응을 수행하였다.The composition catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, and the phenol methylation reaction was performed under the same method and conditions except that the reaction temperature was 345 ° C.

반응결과는 아래 표 5에서와 같으며, m,p-크레졸의 부생량은 2,6-디메틸페놀 대비 350ppm 이상이었으며, TMP 부생량도 3.4% 이하였다.
The reaction results are shown in Table 5 below. The by-product amount of m, p-cresol was 350 ppm or more compared to 2,6-dimethylphenol, and the TMP by-product was 3.4% or less.

반응경과시간 (hr)
Reaction time (hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
페놀 전환율 (%)
Phenolic Conversion Rate (%)
선택도Selectivity
2,6-디메틸페놀(%)2,6-dimethylphenol (%) o-크레졸 (%)o-cresol (%) m,p-크레졸 (%)m, p-cresol (%) 2,4-디메틸페놀(%)2,4-dimethylphenol (%) 트리메틸페놀 (%)Trimethylphenol (%) 120120 345345 99.9799.97 91.4991.49 3.143.14 0.0350.035 0.050.05 3.053.05 240240 345345 96.5396.53 63.7163.71 33.0533.05 0.0250.025 0.170.17 1.831.83 360360 350350 99.9699.96 95.2995.29 1.191.19 0.0270.027 0.050.05 2.482.48

비교예 2Comparative Example 2

촉매 : In(0.125)Fe(0.825)Co(0.05)V(1.0)Ox[99중량 %]/MgO[1중량 %]Catalyst: In (0.125) Fe (0.825) Co (0.05) V (1.0) O x [99 weight%] / MgO [1 weight%]

실시예 1의 촉매 모성분 분말(A)에 산화 마그네슘 1중량 %에 해당하는 초산 마그네슘(Mg(CH3COO)2·4H2O)용액을 가하고 균일하게 혼합한 후, 건조, 타정하였다. 이 후, 실시예 1에서와 같은 조건 및 방법으로 후처리하고 페놀의 메틸화 반응을 345℃에서 수행하였다. A magnesium acetate (Mg (CH 3 COO) 2 .4H 2 O) solution corresponding to 1% by weight of magnesium oxide was added to the catalyst mother powder (A) of Example 1, mixed uniformly, and dried and tableted. Thereafter, the mixture was worked up under the same conditions and methods as in Example 1, and the methylation reaction of phenol was performed at 345 ° C.

반응 결과는 표 6과 같으며 알칼리토금속 성분으로 촉매를 직접 개량할 시, 촉매 활성이 급격히 감소하였고 2,4-DMP의 부생량이 급격히 증가하였다.
The reaction results are shown in Table 6, and when the catalyst was directly improved with alkaline earth metal components, the catalytic activity decreased drastically and the by-product amount of 2,4-DMP increased rapidly.

반응경과시간 (hr)
Reaction time (hr)
반응온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
페놀 전환율 (%)
Phenolic Conversion Rate (%)
선택도Selectivity
2,6-디메틸페놀(%)2,6-dimethylphenol (%) o-크레졸 (%)o-cresol (%) m,p-크레졸 (%)m, p-cresol (%) 2,4-디메틸페놀(%)2,4-dimethylphenol (%) 트리메틸페놀 (%)Trimethylphenol (%) 120120 345345 94.4894.48 66.1066.10 31.0331.03 0.0150.015 0.140.14 1.731.73 240240 345345 86.6186.61 34.1334.13 63.2663.26 0.0080.008 0.800.80 0.920.92

Claims (16)

하기 화학식 1로 표시되는, 페놀의 알킬화 촉매:
[화학식 1]
[InaFebV1Ox(A)M2(B)]
상기 화학식 1에 있어서,
In, Fe 및 V 등의 촉매 성분은 산화물 상태로 존재하고,
a 및 b 는 V의 조성 1을 기준으로 In 및 Fe 각 성분의 원자비를 나타내는 것으로서, a는 0.05~1.0, b는 0.05~1.0 이고,
x는 바나듐 성분의 조성 1을 기준으로 a, b 의 값 및 In, Fe, V 성분의 산화상태에 따라서 정해지는 수이며,
M2는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트를 나타내며, A 및 B는 중량 %로 A는 70∼99 범위의 값을 가지며, B는 1∼30 범위의 값을 가진다.
An alkylation catalyst of phenol, represented by the following general formula (1):
[Formula 1]
In a Fe b V 1 O x (A) M 2 (B)]
In Chemical Formula 1,
Catalyst components such as In, Fe, and V exist in an oxide state,
a and b represent the atomic ratio of each of In and Fe components based on the composition 1 of V, a is 0.05-1.0, b is 0.05-1.0,
x is a number determined according to the values of a, b and the oxidation states of In, Fe, and V components based on the composition 1 of the vanadium component,
M2 represents silicate, aluminate or aluminum silicate of alkaline earth metals, A and B are in weight percent, A has a value in the range of 70 to 99, and B has a value in the range of 1 to 30.
하기 화학식 2 로 표시되는, 페놀의 알킬화 촉매:
[화학식 2]
[InaFebV1M1cOx(A)M2(B)]
상기 화학식 2에 있어서,
In, Fe, V 및 M1 등의 촉매 성분은 산화물 상태로 존재하고,
M1은 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 비스무스(Bi) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분을 나타내고,
a,b 및 c는 V의 조성 1을 기준으로 In, Fe 및 M1 각 성분의 원자비를 나타내는 것으로서, a는 0.05~1.0, b는 0.05~1.0, c는 0~0.5 범위이며,
x는 바나듐 성분의 조성 1을 기준으로 a,b,c 의 값 및 In, Fe, V, M1 성분의 산화상태에 따라서 정해지는 수이며,
M2는 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트를 나타내며, A 및 B는 중량 %로 A는 70∼99 범위의 값을 가지며, B는 1∼30 범위의 값을 가진다.
An alkylation catalyst of phenol, represented by the following formula (2):
(2)
In a Fe b V 1 M1 c O x (A) M2 (B)]
In Chemical Formula 2,
Catalyst components such as In, Fe, V, and M1 exist in an oxide state,
M1 represents at least one component selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), molybdenum (Mo), zinc (Zn), bismuth (Bi) and chromium (Cr),
a, b, and c represent the atomic ratios of the In, Fe, and M1 components based on the composition 1 of V, a is 0.05 to 1.0, b is 0.05 to 1.0, and c is 0 to 0.5,
x is a number determined according to the values of a, b, c and the oxidation states of In, Fe, V, and M1 components based on the composition 1 of the vanadium component,
M2 represents silicate, aluminate or aluminum silicate of alkaline earth metals, A and B are in weight percent, A has a value in the range of 70 to 99, and B has a value in the range of 1 to 30.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, a 가 0.07 ~ 0.7 인 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1 or 2, wherein a is 0.07 to 0.7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 촉매의 모 성분(A)가 75 ∼ 95 중량 % 범위이고 M2 성분(B)가 5 ∼ 25 중량 % 범위인 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1 or 2, wherein the parent component (A) of the catalyst is in the range of 75 to 95% by weight and the M2 component (B) is in the range of 5 to 25% by weight. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, M2가 알칼리토금속의 실리케이트, 알루미네이트 또는 알루미늄실리케이트 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1 or 2, wherein M2 is at least one selected from silicate, aluminate or aluminum silicate of alkaline earth metals. 제 5 항에 있어서, 알칼리 토금속의 실리케이트가 마그네슘 실리케이트 또는 칼슘실리케이트인 것을 특징으로 하는 촉매.6. The catalyst of claim 5 wherein the silicate of the alkaline earth metal is magnesium silicate or calcium silicate. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 촉매가 페놀의 메틸화 반응에 의한 2,6-디메틸페놀 제조용인 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst according to claim 1 or 2, wherein the catalyst is for producing 2,6-dimethylphenol by methylation of phenol. 페놀과 메탄올을 반응시키는 것을 포함하는 2,6-디메틸페놀의 제조 방법으로서,
상기 페놀과 메탄올을 함유하는 반응물을 상기 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 촉매 상에서 수소가 함유된 기체의 흐름 하에서 기상 상태로 반응시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
A method for producing 2,6-dimethylphenol comprising reacting phenol and methanol,
A reaction method comprising reacting the phenol and the methanol-containing reaction in a gaseous state under a flow of hydrogen-containing gas on the catalyst according to claim 1.
제 8 항에 있어서, 반응물을 공급하기 전에 촉매를 환원시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.9. A process according to claim 8 wherein the catalyst is reduced before feeding the reactants. 제 8 항에 있어서, 페놀 : 메탄올 = 1 : 2 ~ 1 : 8 몰비인 것을 특징으로 하는 제조 방법.9. The production process according to claim 8, wherein the phenol: methanol = 1: 2 to 1: 8 molar ratio. 제 8 항에 있어서, 반응 온도가 250 ~ 500℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.The production method according to claim 8, wherein the reaction temperature is 250 to 500 ° C. 제 9 항에 있어서, 상기 촉매의 환원이 수소/질소 혼합 가스를 이용하여 300 ~ 400℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 9, wherein the reduction of the catalyst is carried out at 300 ~ 400 ℃ using a hydrogen / nitrogen mixed gas. 제 8 항에 있어서 반응 압력이 상압 ∼ 3기압에서 수행하는 것을 특징으로 하는 제조 방법The production method according to claim 8, wherein the reaction pressure is carried out at normal pressure to 3 atmospheres. 제 8 항에 있어서, 페놀과 메탄올을 함유하는 반응물에 물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.9. The process according to claim 8, wherein water is added to the reactants containing phenol and methanol. 제 14 항에 있어서, 페놀에 대하여 물을 3 몰비 이하로 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.15. The process according to claim 14, wherein water is added in an amount of 3 molar ratio or less based on phenol. 제 8 항에 있어서, 반응 후 촉매를 반응기에 충진된 상태에서 공기의 흐름 하에서 탈탄화 과정에 의하여 재생하여 반복적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method according to claim 8, wherein after the reaction, the catalyst is regenerated and repeatedly used by a decarbonization process under a flow of air in a state filled with a reactor.
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