KR101105460B1 - Method for preparing sugar alcohols using ruthenium zirconia catalyst - Google Patents

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Abstract

본 발명은 루테늄 지르코니아 촉매를 이용한 당알코올류 제조방법에 관한 것으로, 지르코니아 담체에 루테늄의 분산도가 10 % 이상이 되도록 담지하면서, 염소의 함량이 100 ppm 미만인 촉매를 사용하여 비교적 온화한 반응조건에서 당류를 수소화 함으로써 그에 상응하는 당알코올류로 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법으로 수소화 반응 중 촉매성분의 용해 없이 저온, 저압의 온화한 조건에서 연속공정으로 고순도의 당알코올류를 제조함으로써 부산물 및 폐기물이 거의 발생하지 않고, 복잡한 분리공정 없이 당알코올류를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a sugar alcohol using a ruthenium zirconia catalyst, while supporting a zirconia carrier so that the dispersibility of ruthenium is 10% or more, while using a catalyst having a chlorine content of less than 100 ppm sugars under relatively mild reaction conditions The present invention relates to a method for producing sugar alcohols by corresponding hydrogenation thereof. In the process of the present invention, by producing a high-purity sugar alcohol in a continuous process at a low temperature, low pressure and mild conditions without dissolving the catalyst component during the hydrogenation reaction, almost no by-products and wastes are generated, and sugar alcohols can be prepared without a complicated separation process. Can be.

Description

루테늄 지르코니아 촉매를 이용한 당알코올류의 제조방법{METHOD FOR PREPARING SUGAR ALCOHOLS USING RUTHENIUM ZIRCONIA CATALYST}Method for producing sugar alcohols using ruthenium zirconia catalyst {METHOD FOR PREPARING SUGAR ALCOHOLS USING RUTHENIUM ZIRCONIA CATALYST}

본 발명은 지르코니아 담체에 루테늄이 담지된 촉매를 사용하여 당류의 수소화 반응에 의해 그에 상응하는 당알코올류로 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지르코니아 담체에 루테늄을 10% 이상의 분산도로 담지하면서, 염소 함량이 100ppm 미만인 촉매를 사용하여 수소화 반응 중 촉매성분의 용해 없이 저온, 저압에서 당류를 수소화하여 그에 상응하는 당알코올류로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing sugar alcohols corresponding thereto by hydrogenation of sugars using a catalyst in which ruthenium is supported on a zirconia carrier. More specifically, ruthenium is supported on a zirconia carrier with a dispersibility of 10% or more, and a chlorine content of less than 100 ppm is used to hydrogenate saccharides at low temperature and low pressure without dissolution of the catalyst component during hydrogenation to produce sugar alcohols corresponding thereto. It is about how to.

자일리톨, 솔비톨, 마니톨, 말티톨 등과 같은 당알코올류는 식품첨가제, 의약품, 화장품 등에 널리 사용되는 유용한 물질이다. 일반적으로, 당알코올류는 그 상응하는 당류의 수소화 반응에 의해 대부분 제조되며, 대표적인 예는 다음과 같다.Sugar alcohols such as xylitol, sorbitol, mannitol, maltitol and the like are useful substances widely used in food additives, pharmaceuticals, cosmetics, and the like. In general, sugar alcohols are mostly prepared by hydrogenation of the corresponding sugars, and representative examples are as follows.

수소화 방법으로는 미국 특허 제 3,586,537호, 제 4,008,285호 등에서 라니니켈 촉매를 사용하여 회분식 반응기에서 자일로스를 수소화하여 자일리톨을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 제조 방법은 부산물의 생성량이 많아 복잡한 분리 정제 공정과 촉매 회수 공정이 필요하고, 용액 내로 금속이 녹아 나오게 되 며, 촉매가 비활성화 되는 등의 문제점이 있다.As a hydrogenation method, US Pat. Nos. 3,586,537, 4,008,285 and the like disclose a method for producing xylitol by hydrogenating xylose in a batch reactor using a Ranickel catalyst. Such a production method requires a complicated separation and purification process and a catalyst recovery process due to a large amount of by-products, metals are melted into the solution, and catalysts are inactivated.

최근에는 회분식 반응의 단점을 극복하기 위하여 니켈계 촉매를 이용한 연속 수소화 제조 방법이 보고되었다. 미국 특허 제 6,414,201호에서는 라니니켈-알루미나 촉매를 이용하여 120℃, 150 kg/cm2의 수소압력에서 자일로스와 같은 당류를 연속 수소화하여 98% 수율로 자일리톨을 제조하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 이 방법은 반응시간이 지남에 따라 반응 활성이 낮아지는 단점이 있다.Recently, in order to overcome the disadvantages of the batch reaction, a continuous hydrogenation production method using a nickel-based catalyst has been reported. US Pat. No. 6,414,201 describes a process for producing xylitol in 98% yield by continuously hydrogenating a saccharide such as xylose at a hydrogen pressure of 120 ° C. and 150 kg / cm 2 using a Ranickel-alumina catalyst. However, this method has a disadvantage in that the reaction activity is lowered over time.

또한, 미국 특허 제 6,124,443호에서는 니켈-철-지르코니아 합금 촉매를 제조, 사용하여 자일로스를 연속 수소화하는 방법을 보고하고 있다. 상기 방법은 60℃, 300kg/cm2의 수소압력 하에서 자일로스를 수소화하여 결정화 후 99.6% 순도의 자일리톨로 전환되는 장점이 있으나, 고압에 견디는 반응 설비가 필요하고, 촉매를 공기 분위기에 노출시키지 않고 제조, 처리해야 하는 단점을 가지고 있다.In addition, US Pat. No. 6,124,443 reports a process for the continuous hydrogenation of xylose using a nickel-iron-zirconia alloy catalyst. The method has the advantage of converting to xylitol of 99.6% purity after crystallization by hydrogenating xylose under hydrogen pressure of 300 ° C. and 300 kg / cm 2 , but requires a high pressure resistant reaction facility and does not expose the catalyst to an air atmosphere. It has the disadvantage of being manufactured and processed.

한편, 종래기술에는 루테늄 촉매를 수소화 반응에 사용하는 특허들이 보고되어 있다. 미국 특허 제 3,963,788호에서는 실리카/알루미나 몰비가 3이상인 제올라이트 담체에 루테늄을 담지하여 당류를 수소화하는 방법을 개시하고 있다. 이 특허에서는 염화루테늄 수용액에 제올라이트를 넣고 80℃에서 슬러리 형태로 교반하여 이온교환법으로 루테늄을 치환시킨 후 여과 및 증류수로 세척하여 담체에 치환되지 않은 염화루테늄을 제거하고, 건조, 환원과정을 거쳐 촉매를 제조하였으며, 수소화 반응 후에 사용된 촉매는 산세척을 통해 재생 가능함을 주장하였다. 그러나, 이 방법은 촉매 제조 시 이온교환법을 사용하여 루테늄 전구체의 손실이 많고, 루테늄 함량의 조절이 어려우며, 촉매 재생 공정이 추가되는 단점이 있으며 또한 수율이 97%로 낮아 고순도 당알코올 제조를 위해서는 별도의 분리공정이 필요하다.Meanwhile, in the prior art, patents have been reported for using a ruthenium catalyst in a hydrogenation reaction. U.S. Patent No. 3,963,788 discloses a method of hydrogenating saccharides by supporting ruthenium on a zeolite carrier having a silica / alumina molar ratio of 3 or more. In this patent, zeolite is added to an aqueous solution of ruthenium chloride and stirred in a slurry form at 80 ° C. to replace ruthenium by ion exchange, followed by filtration and washing with distilled water to remove unsubstituted ruthenium chloride from the carrier, followed by drying and reduction. Was prepared, and the catalyst used after the hydrogenation reaction was claimed to be renewable through pickling. However, this method uses the ion exchange method in the preparation of the catalyst, the loss of the ruthenium precursor, difficult to control the ruthenium content, the addition of the catalyst regeneration process, and also has a low yield of 97% to separate the high purity sugar alcohol production Separation process is required.

미국 특허 제 4,380,679호에서는 알루미나와 같은 무기산화물에 복합된 파이로폴리머 담체에 루테늄과 같은 8족 금속을 담지한 촉매를 제조하여 당류를 수소화하는 방법을 개시하고 있다. 이 특허에서는 알루미나와 같은 무기산화물을 고온에서 유기 열분해성 물질로 처리한 후, 산 또는 염기로 용해하여 제조된 탄소질 파이로폴리머 담체에 금속을 담지시킨 후 소성, 환원과정을 거쳐 촉매를 제조하였으며, 일반 알루미나 담체 촉매와 비교하여 열수에 대한 안정성 및 반응활성이 우수함을 주장하였다. 그러나, 감마 알루미나 담체를 사용하는 경우와 비교하여 수소화 반응 중에 담체의 용해 정도가 상대적으로 개선되기는 하였으나, 여전히 수 ppm단위로 알루미늄이 용해되고, 반응 선택성이 낮은 단점이 있다.U.S. Patent No. 4,380,679 discloses a method of hydrogenating saccharides by preparing a catalyst having a Group 8 metal such as ruthenium on a pyropolymer carrier complexed with an inorganic oxide such as alumina. In this patent, a catalyst was prepared by treating an inorganic oxide such as alumina with an organic pyrolytic substance at high temperature, dissolving it with an acid or a base, and then supporting the metal on a carbonaceous pyropolymer carrier, followed by calcining and reducing. In comparison with the general alumina carrier catalyst, it was claimed that the stability and the reaction activity against hot water are excellent. However, although the degree of dissolution of the carrier is relatively improved during the hydrogenation reaction compared with the case of using the gamma alumina carrier, aluminum is still dissolved in several ppm units and there is a disadvantage in that the reaction selectivity is low.

미국 특허 제 4,950,812호에서는 제올라이트와 같은 산성 담체에 루테늄 아민착화합물염을 이온교환시켜 루테늄의 분산도를 높인 촉매를 이용해 가수분해와 수소화를 동시에 진행하여 다당류를 단당 알코올로 전환하는 방법을 기술하였다. 헥사아민루테늄클로라이드 수용액에 암모늄 이온으로 치환된 제올라이트 담체를 넣고 이온교환시켜 루테늄아민으로 치환된 제올라이트를 얻은 후에 이를 여과 및 세척하여 잔류 루테늄 염과 암모늄 염화물을 제거하고, 상온에서 건조 후 수소분위기에서 환원하여 수소화 반응에 사용하였다. 이 방법은 루테늄 아민 착염을 사용하여 이온 교환시 고분산도로 담지할 수 있고, 산성 담체를 사용함으로써 가수분해와 수소화를 동시에 진행하는 장점이 있지만, 가수분해시의 반응온도가 비교적 높아 이 성질화되기 쉬우며 이에 따라 선택적으로 당알코올을 제조하기 어렵고, 담체 성분인 실리콘과 알루미늄이 반응 중 용해되는 문제점이 있다. 또한 염화루테늄과 비교하여 고가의 루테늄 아민 착화합물염을 사용해야 하는 단점이 있다.U.S. Patent No. 4,950,812 describes a method of converting polysaccharides to monosaccharide alcohols by simultaneously performing hydrolysis and hydrogenation using a catalyst having an increased dispersibility of ruthenium by ion-exchanging ruthenium amine complex salts in an acidic carrier such as zeolite. The zeolite carrier substituted with ammonium ion was added to an aqueous solution of hexaamine ruthenium chloride, followed by ion exchange to obtain a zeolite substituted with rutheniumamine, followed by filtration and washing to remove residual ruthenium salt and ammonium chloride, and dried at room temperature and then reduced in a hydrogen atmosphere. To the hydrogenation reaction. This method can be supported by ruthenium amine complex salts with high dispersion during ion exchange, and has the advantage of simultaneously performing hydrolysis and hydrogenation by using an acidic carrier, but the reaction temperature during hydrolysis is relatively high. It is easy and thus difficult to selectively produce a sugar alcohol, there is a problem that the carrier component silicon and aluminum are dissolved during the reaction. In addition, there is a disadvantage in that expensive ruthenium amine complex salts must be used as compared to ruthenium chloride.

미국 특허 제 6,177,598호에서는 루테늄을 포함한 8족 전이금속을 2 ~ 50 나노미터의 중간세공과 50 ~ 10,000 나노미터의 큰세공의 적절한 비율을 가진 알루미나와 같은 담체에 담지한 촉매를 사용하여 당류를 수소화하는 경우, 반응 중 금속이 녹아 나오는 문제 없이 99% 순도의 당알콜류를 제조함을 주장하였다. 그러나, 이 방법 역시 고압 설비와 고순도 제품을 얻기 위해서는 분리 정제 공정이 필요하고, 촉매가 비활성화되는 문제점이 있다. U.S. Pat.No. 6,177,598 discloses hydrogenation of sugars using a catalyst in which a Group 8 transition metal, including ruthenium, is supported on a carrier such as alumina having an appropriate ratio of 2 to 50 nanometers of mesopores and 50 to 10,000 nanometers of large pores. In case of the reaction, it was claimed that 99% purity sugar alcohols were prepared without the problem of melting metal during the reaction. However, this method also requires a separate purification process in order to obtain a high-pressure equipment and high purity products, there is a problem that the catalyst is deactivated.

또한, WO 02/100537호에서는 실리카 담체에 할로겐 원소가 없는 루테늄 전구체를 사용하여 소성 없이 건조한 촉매를 환원하여 100℃, 50 kg/cm2 에서 자일로스를 수소화 하는 방법을 보고하고 있으나, 이 방법은 본 발명에서 사용되는 염화루테늄과 비교하여 고가의 루테늄 전구체를 사용하고, 담체인 실리카 성분이 수소화 반응 중 용해되는 문제점이 있다. 또한, 자일리톨의 선택도가 97%로 낮아 반응 후 분리 정제가 필요한 단점이 있다.In addition, WO 02/100537 reports a method of hydrogenating xylose at 100 ° C. and 50 kg / cm 2 by reducing a dry catalyst without firing using a ruthenium precursor without a halogen element in a silica carrier. Compared to ruthenium chloride used in the present invention, an expensive ruthenium precursor is used, and there is a problem in that a silica component as a carrier is dissolved during the hydrogenation reaction. In addition, the selectivity of xylitol is low to 97%, there is a disadvantage that requires separation and purification after the reaction.

미국 특허 제 6,570,043호에서는 루테늄을 티타니아에 담지한 촉매를 사용하여 100℃, 100 kg/cm2 에서 당류를 수소화하는 방법을 개시하고 있으나, 전환율이 높은 경우에는 여전히 낮은 당알코올류의 선택도를 나타내었다.US Pat. No. 6,570,043 discloses a method of hydrogenating saccharides at 100 ° C. and 100 kg / cm 2 using a catalyst loaded with ruthenium in titania, but still exhibits low selectivity for sugar alcohols at high conversion rates. It was.

한편, 수소화 제조법과 달리 효소를 사용하여 자일로스와 같은 당류를 자일 리톨로 전환하는 기술들이 보고되었다. 미국 특허 제 5,998,181호에서는 캔디다 트롭피칼리스 균주를 이용, 48시간 동안 발효하여 자일리톨을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 발효법은 회분식 수소화 제조법에 비해 상대적으로 분리 정제 과정이 용이한 장점이 있으나, 반응 시간이 길고 생산성이 낮은 문제점이 있다.On the other hand, techniques for converting sugars such as xylose to xylitol using enzymes have been reported, unlike the hydrogenation method. U.S. Patent No. 5,998,181 discloses a method for preparing xylitol by fermentation for 48 hours using a Candida tropicicalis strain. The fermentation method has an advantage that the separation and purification process is easy compared to the batch hydrogenation method, but has a long reaction time and low productivity.

기술적 과제Technical Challenge

이에 따라, 본 발명의 목적은 상기된 문제점을 해결하기 위해 종래의 기술보다 온화한 조건에서 높은 활성과 수명을 갖는 불균일계 촉매를 이용하여 수소화 반응 중 촉매성분의 용해 없이 당류를 선택적으로 수소화함으로써 부산물 및 폐기물이 거의 발생하지 않고, 복잡한 정제 공정이 요구되지 않는 간단한 공정으로 고순도의 당알코올 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems by using a heterogeneous catalyst having a higher activity and life under milder conditions than the prior art by selectively hydrogenating saccharides without dissolution of the catalyst component during the hydrogenation reaction by-products and It provides a high-purity sugar alcohol production method in a simple process that generates little waste and does not require a complicated purification process.

기술적 해결방법Technical solution

본 발명에 따라서, 지르코니아 담체에 루테늄의 분산도가 10% 이상이 되도록 담지하고 염소의 함량이 100 ppm 미만인 촉매를 사용하여, 반응 온도 20∼150℃, 반응 압력 5∼300 kg/cm2의 조건에서 당류의 수소화 반응에 의해 그에 상응하는 당알코올류로 제조하는 방법이 제공된다.According to the present invention, a zirconia carrier is loaded with a ruthenium dispersity of 10% or more and a catalyst having a chlorine content of less than 100 ppm, using a reaction temperature of 20 to 150 ° C. and a reaction pressure of 5 to 300 kg / cm 2 . There is provided a process for preparing the corresponding sugar alcohols by hydrogenation of sugars in

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

발명의 실시를 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명의 방법에 따라 종래의 방법과는 달리 지르코니아 담체에 루테늄을 고분산도로 담지시킨 촉매를 사용하여 당류를 수소화시킴으로써, 복잡한 별도의 분리공정 없이 비교적 온화한 반응조건에서 효율적으로 고순도의 당알코올류를 제조할 수 있다.According to the method of the present invention, unlike the conventional method, by hydrating saccharides using a catalyst having high concentration of ruthenium on a zirconia carrier, sugars having high purity can be efficiently obtained under relatively mild reaction conditions without complicated separate separation process. It can manufacture.

일반적으로 수소첨가 반응에는 주기율표의 8∼11족 전이 원소들이 많이 사용되며, 특히 당류의 수소화에는 루테늄과 니켈 등이 활성이 높은 것으로 보고되고 있으나, 고압의 반응조건과 이성화, 분해, 중합 반응 등에 의해 부산물이 생성되며 촉매가 비활성화되는 문제점이 있었다.In general, the hydrogenation reaction of the Group 8 to 11 transition elements of the periodic table is used a lot, especially ruthenium and nickel are reported to have high activity in the hydrogenation of sugars, but due to high pressure reaction conditions, isomerization, decomposition, polymerization There was a problem that by-products are generated and the catalyst is deactivated.

상기와 같은 문제를 고려하여 본 발명에서는 반응용액에 안정하면서 기계적 강도가 센 지르코니아를 담체로 선정하고 이에 루테늄을 고분산도로 담지 시킨 촉매가 사용된다. 이러한 루테늄이 담지된 지르코니아 담체 촉매를 이용하여 당류를 비교적 온화한 반응조건에서 수소화하여 반응 도중에 촉매 성분의 용해 없이 고순도로 당알코올류를 제조할 수 있다. 또한 촉매 제조 시에 염소의 함량을 조절함으로써 촉매의 활성을 안정적으로 유지시킬 수 있다.In view of the above problems, in the present invention, a catalyst in which a zirconia is selected as a carrier while stable in the reaction solution and has a high dispersion of ruthenium is used. By using such a ruthenium-supported zirconia carrier catalyst, sugars can be hydrogenated under relatively mild reaction conditions to produce sugar alcohols with high purity without dissolving the catalyst components during the reaction. In addition, the activity of the catalyst can be stably maintained by controlling the content of chlorine in the preparation of the catalyst.

본 발명에서 담체로서 지르코니아가 사용될 수 있다. 이 때 담체 전체 중량의 90중량% 이상이 지르코니아로 구성되어야 하며, 나머지 담체의 성분은 필요에 따라 선택될 수 있으나, 담체 내에 철, 황 등의 불순물의 함유량은 각 성분별로 0.2중량% 미만으로 포함되는 것이 바람직하다. 담체 성분에 지르코니아가 90중량% 미만으로 함유되는 경우, 나머지 담체 성분이 될 수 있는 실리카, 알루미나, 점토 성분과 같은 바인더 등의 양이 증가하게 되며 이에 따라 반응 중에 이러한 성분이 용해되어 촉매가 부서지거나 활성이 급격히 감소하는 문제가 있다. 또한, 반응 중에 용해가 잘 되지 않는 티타니아, 황 등과 같은 성분들이 담체에 많아지면, 담체의 비표면적을 급속히 감소시키거나 피독시킨다.Zirconia can be used as a carrier in the present invention. At this time, at least 90% by weight of the total weight of the carrier should be made of zirconia, and the remaining carrier components may be selected as necessary, but the content of impurities such as iron and sulfur in the carrier is less than 0.2% by weight for each component It is preferable to be. If the carrier component contains less than 90% by weight of zirconia, the amount of binder, such as silica, alumina, clay, etc., which may be the remaining carrier component, increases, so that such components are dissolved during the reaction and the catalyst is broken or There is a problem that the activity is sharply reduced. In addition, when components such as titania, sulfur, etc., which are poorly dissolved during the reaction, increase in the carrier, the specific surface area of the carrier is rapidly reduced or poisoned.

본 발명에서 사용되는 지르코니아는 단사결정, 정사결정, 비결정계 지르코니아가 사용될 수 있다. 사용되는 담체의 표면적은 10∼500m2/g인 것이 바람직하다. 담체의 표면적이 10m2/g 미만인 경우에는 금속이 고르게 분산되기 어렵고, 담체의 표면적이 500m2/g 이상에서는 세공의 크기가 작아져 반응 활성이 오히려 낮아진다. 고정층 반응기를 사용한 연속 수소화 반응을 위해서 반응기의 길이와 직경에 따라 적절한 크기로 성형하여 사용한다.As the zirconia used in the present invention, monocrystalline, tetragonal, amorphous zirconia may be used. The surface area of the carrier to be used is preferably 10 to 500 m 2 / g. If the surface area of the carrier is less than 10 m 2 / g, the metal is difficult to be dispersed evenly, and if the surface area of the carrier is 500 m 2 / g or more, the size of the pores is small, the reaction activity is rather low. For the continuous hydrogenation reaction using a fixed bed reactor, it is molded into an appropriate size according to the length and diameter of the reactor.

본 발명에서 사용되는 상기 지르코니아에 루테늄이 담지된 촉매는 다음과 같은 방법으로 제조된다.The catalyst in which ruthenium is loaded on the zirconia used in the present invention is prepared by the following method.

즉, 염 상태의 루테늄을 소량의 물에 용해시킨 후 이를 당해 분야에 일반적으로 알려진 함침법으로 지르코니아 담체에 담지하여 제조한다. 본 발명의 루테늄이 담지된 촉매 제조시 루테늄 염으로는 염화루테늄, 질산루테늄, 루테늄니트로실니트레이트, 루테늄아세틸아세토네이트 등이 사용될 수 있으며, 특히 염화루테늄이 바람직하다. 이 때, 촉매활성에 중요한 영향을 미치는 염소함량의 조절에 있어서, 염화루테늄 외에 루테늄니트로실니트레이트, 루테늄아세틸아세토네이트와 같이 염소가 함유되지 않은 전구체를 사용하는 경우에도, 담체 등 그 외의 촉매 제조 과정에서 염소가 존재할 수 있으므로, 촉매의 염소함량 조절이 요구된다.That is, it is prepared by dissolving ruthenium in a salt state in a small amount of water and then supporting it on a zirconia carrier by an impregnation method generally known in the art. In the preparation of the ruthenium-supported catalyst of the present invention, ruthenium salts may include ruthenium chloride, ruthenium nitrate, ruthenium nitrosilnitrate, ruthenium acetylacetonate, and the like, and ruthenium chloride is particularly preferable. At this time, in the control of the chlorine content which has a significant effect on the catalytic activity, even in the case of using a precursor containing no chlorine such as ruthenium nitrosilnitrate and ruthenium acetylacetonate in addition to ruthenium chloride, other catalysts such as a carrier are prepared. Since chlorine may be present in the process, control of the chlorine content of the catalyst is required.

상기 루테늄 염이 담지된 촉매는 90∼150℃의 온도에서 건조된다. 건조된 촉매는 필요에 따라 질소, 헬륨, 또는 공기 중에서 200∼600℃의 온도에서 소성시킨다. 건조 또는 소성된 촉매는 수소 등의 환원 분위기에서 100∼500℃의 온도로 환원시킨다. 이와 같이 환원된 촉매는 증류수, 암모니아수, 또는 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 무기 염기 수용액으로 충분히 세척하여 염소를 제거한 후 다시 건조시킨다. 소성된 촉매의 경우에는 필요에 따라 환원 전에 세척할 수 있다. 마지막으로 이와 같이 제조된 촉매는 필요한 경우, 수소화 반응에 사용하기 전에 다시 환원시킨 후 사용할 수 있다.The catalyst carrying the ruthenium salt is dried at a temperature of 90 to 150 ° C. The dried catalyst is calcined at a temperature of 200 to 600 ° C. in nitrogen, helium or air as necessary. The dried or calcined catalyst is reduced to a temperature of 100 to 500 캜 in a reducing atmosphere such as hydrogen. The catalyst thus reduced is sufficiently washed with distilled water, aqueous ammonia, or an inorganic base aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide to remove chlorine and then dried again. In the case of calcined catalysts, they can be washed before reduction if necessary. Finally, the catalyst thus prepared can be used after reduction, if necessary, before use in the hydrogenation reaction.

지르코니아 담체에 담지되는 루테늄 금속의 양은 촉매 조성물을 기준으로 0.1 ~10 중량%의 범위이다. 루테늄 금속이 0.1 중량% 보다 작은 경우에는 수소화 반응의 속도가 느려지며, 10 중량% 보다 많은 경우에는 고가의 귀금속을 필요량 이상 사용하므로 공정의 경제성이 저하된다.The amount of ruthenium metal supported on the zirconia carrier is in the range of 0.1 to 10% by weight, based on the catalyst composition. If the ruthenium metal is less than 0.1% by weight, the rate of hydrogenation is slowed, and if it is more than 10% by weight, expensive noble metals are used in excess of the required amount, thereby lowering the economics of the process.

루테늄이 담지된 촉매 내의 염소 함량이 100ppm 미만이 되도록 세척 및/또는 소성 등을 통하여 조절하는 것이 바람직하다. 100ppm 이상의 염소가 함유된 촉매를 사용하는 경우에는 비활성화가 빠르게 진행되며 과량의 부산물이 생성되는 단점이 있다.It is preferable to control by washing and / or baking so that the chlorine content in a ruthenium-supported catalyst may be less than 100 ppm. In the case of using a catalyst containing more than 100ppm chlorine, the deactivation proceeds quickly and an excessive byproduct is generated.

본 발명의 일 구현에 있어서, 담체에 담지된 루테늄의 분산도는 10% 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. 루테늄의 분산도가 10% 미만이면 본 발명에서 원하는 온화한 반응 조건에서 촉매활성이 낮아 고순도의 당알코올 제품을 간단하게 제조할 수 없는 단점이 있다. 또한, 분산도가 낮은 촉매의 활성을 높이기 위해 온도를 높이면 부산물 생성이 증가하는 문제가 있다. 여기서 분산도는 촉매에 들어있는 금속원자의 전체 개수를 기준으로 표면에 노출된 금속 원자의 개수를 백분율로 표시한 값을 의미하며, 표면에 노출된 금속 원자의 개수는 일산화탄소의 화학흡착으로 측정한다.In one embodiment of the present invention, the dispersion degree of ruthenium supported on the carrier is preferably maintained at 10% or more. If the ruthenium dispersity is less than 10%, there is a disadvantage in that the catalytic activity is low in the mild reaction conditions desired in the present invention, so that a high purity sugar alcohol product cannot be easily produced. In addition, by increasing the temperature in order to increase the activity of the catalyst having a low dispersion degree, there is a problem in that by-product generation is increased. The dispersion degree is a value expressed as a percentage of the number of metal atoms exposed on the surface based on the total number of metal atoms in the catalyst, and the number of metal atoms exposed on the surface is measured by chemical adsorption of carbon monoxide. .

지르코니아 담체에 담지되는 루테늄 금속의 양은 0.1 ∼ 10 중량%의 범위이다. 루테늄 금속이 0.1 중량% 보다 작은 경우에는 수소화 반응의 속도가 느려지며, 10 중량% 보다 많은 경우에는 고가의 귀금속을 필요량 이상 사용하므로 공정의 경제성이 저하된다.The amount of ruthenium metal supported on the zirconia carrier is in the range of 0.1 to 10% by weight. If the ruthenium metal is less than 0.1% by weight, the rate of hydrogenation is slow. If the ruthenium metal is less than 10% by weight, expensive noble metals are used in excess of the required amount, thereby degrading the economics of the process.

상기한 바와 같이 루테늄이 10 % 이상의 분산도로 지르코니아에 담지된 촉매를 사용함으로써 보다 온화한 조건에서 당류를 수소화하여 고순도의 당알코올류를 얻을 수 있다.As described above, by using a catalyst loaded with zirconia with a dispersion of ruthenium of 10% or more, sugars can be hydrogenated under milder conditions to obtain sugar alcohols of high purity.

본 발명에서 수행되는 수소화 반응 형식은 회분식 또는 연속반응 형식으로 수행될 수 있으며, 운전 비용과 반응 효율 등을 감안할 때 관형 고정층 반응기를 이용한 연속 반응이 보다 바람직하다.The hydrogenation reaction type carried out in the present invention may be carried out in a batch or continuous reaction type, in view of the operating cost and the reaction efficiency is more preferably a continuous reaction using a tubular fixed bed reactor.

본 발명에서 수소화되는 당류로는 에리스로스, 자일로스, 아라비노스, 글루코스, 갈락토스, 마노스, 프룩토스, 락토스, 락툴로스, 말토스, 이소말툴로스, 탈로스, 람노스, 수크로스, 전분당, 전분 가수분해물, 셀룰로스 가수분해물, 헤미셀룰로스 가수분해물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나의 당 또는 그 이상의 당류 혼합물을 포함한다.The saccharides hydrogenated in the present invention include erythrose, xylose, arabinose, glucose, galactose, manos, fructose, lactose, lactulose, maltose, isomaltulose, talos, rhamnose, sucrose, starch sugar, One sugar or more sugar mixture selected from the group consisting of starch hydrolyzate, cellulose hydrolyzate, hemicellulose hydrolyzate.

당류는 일반적으로 상온에서 고체 상태이므로 반응 효율을 향상시키기 위해서 당류를 적절한 용매에 녹여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 목적으로 사용하는 용매로는 원료인 당류와 반응 생성물인 당알코올류를 동시에 용해시킬 수 있는 용매가 모두 사용되나, 일반적으로 물 또는 알코올을 단독으로 사용하거나 또는 그 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 보다 바람직하게는, 물을 단독으로 사용하거나 물과 에탄올을 혼합하여 사용한다. 용매를 사용하는 경우, 용액 중의 당류의 농도는 제한이 없으나, 1∼60 중량%가 바람직하다.Since the saccharide is generally solid at room temperature, it is preferable to dissolve the saccharide in an appropriate solvent in order to improve the reaction efficiency. As a solvent used for this purpose, both solvents capable of simultaneously dissolving sugars as raw materials and sugar alcohols as a reaction product are used, but it is generally preferable to use water or alcohol alone or a mixture thereof. Alcohols include methanol, ethanol, propanol, isopropanol or mixtures thereof. More preferably, water is used alone or in combination with water and ethanol. In the case of using a solvent, the concentration of sugars in the solution is not limited, but is preferably 1 to 60% by weight.

본 발명의 방법에서 당류의 수소화 반응은 20∼150℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30∼130℃이다. 20℃ 보다 낮으면 반응 속도가 느려지고, 150℃ 보다 높으면 부반응이 증가하며 반응 후 색을 나타내는 등의 문제가 있다.In the method of the present invention, the hydrogenation reaction of saccharides is preferably performed at a temperature of 20 to 150 ° C, more preferably 30 to 130 ° C. If the temperature is lower than 20 ° C., the reaction rate becomes slow. If the temperature is lower than 150 ° C., the side reaction increases, and there is a problem such as showing a color after the reaction.

본 발명의 방법에 의한 당류의 수소화 반응은 5∼300 kg/cm2 범위의 압력에서 행하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10∼200 kg/cm2 이다. 반응압력이 5 kg/cm2 보다 낮은 경우에는 반응속도가 느려지고, 반응압력이 300 kg/cm2 보다 높은 경우에는, 반응에는 문제가 없으나 고압을 사용함으로 인한 장치 비용의 증가로 공정의 경제성이 저하된다.The hydrogenation reaction of the saccharides by the method of the present invention is preferably performed at a pressure in the range of 5 to 300 kg / cm 2 , more preferably 10 to 200 kg / cm 2 . If the reaction pressure is lower than 5 kg / cm 2 , the reaction rate is slow. If the reaction pressure is higher than 300 kg / cm 2 , there is no problem in the reaction, but the economical efficiency of the process is reduced due to the increase of the equipment cost by using high pressure. do.

또한, 상기 수소화 반응에 투입되는 수소의 양은 당류 사용량의 1 ∼ 50 몰배가 적당하다.The amount of hydrogen introduced into the hydrogenation reaction is preferably 1 to 50 mol times the amount of saccharide used.

수소화 반응의 형식이 연속 반응인 경우, 촉매의 중량에 대해 투입되는 당류의 중량 공간 속도는 약 0.05∼10 h-1 범위가 적당하다. 이 때 중량 공간 속도가 너무 느리면 운전 비용 증가로 경제성이 저하되고, 중량 공간 속도가 너무 빠르면 반응이 충분히 일어나지 않는 문제점이 있다.When the type of hydrogenation reaction is a continuous reaction, the weight space velocity of the saccharides introduced relative to the weight of the catalyst is suitably in the range of about 0.05 to 10 h −1 . At this time, if the weight space velocity is too slow, economic efficiency is lowered due to an increase in operating costs, and if the weight space velocity is too fast, there is a problem in that the reaction does not occur sufficiently.

이와 같이 본 발명의 방법으로 제조된 당알코올류는 종래 방법과 비교하여 저온, 저압의 온화한 조건에서 연속 공정으로, 촉매성분의 용해 없이 선택적으로 당알코올류를 제조함으로써 부산물 및 폐기물이 거의 발생하지 않는 친환경적인 공정임은 물론, 복잡한 분리 공정 없이 99.5% 이상의 고순도 당알코올류를 제조할 수 있다.As described above, the sugar alcohols prepared by the method of the present invention are produced in a continuous process under mild conditions of low temperature and low pressure as compared with the conventional method, and by the production of sugar alcohols selectively without dissolving the catalyst components, almost no by-products and wastes are generated. In addition to being an environmentally friendly process, high purity sugar alcohols of 99.5% or more can be prepared without complicated separation process.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기 실시예로 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다.Through the following examples will be described in more detail the present invention. The following examples do not limit the scope of the invention.

실시예 1Example 1

3 mm 크기의 펠렛 형태로 성형된 지르코니아의 함량이 99 중량%인 담체에 3중량%가 되도록 염화루테늄을 고르게 담지하고, 110℃에서 6시간동안 건조한 후, 수소를 흘리면서 350℃에서 6시간 동안 환원을 실시하였다. 환원된 촉매는 5중량%의 암모니아수로 촉매 양 대비 100 배의 양을 사용하여 염소 이온을 충분히 세척하였다. 세척 후 110℃에서 6시간동안 재건조하여 루테늄의 분산도가 40%이고, 염소의 함량이 50 ppm 함유된 루테늄 촉매를 제조하였다. 제조한 촉매 6g을 스테인레스 스틸 재질의 고정층 관형 반응기에 충진한 다음, 수소를 분당 50cc의 속도로 흘리면서 350℃에서 6시간 동안 환원을 실시하였다. 환원반응 완료 후에 투입되는 자일로스의 6몰 배가 되도록 수소 유량을 조절하고, 반응기 온도를 60℃, 반응압력을 50 kg/cm2으로 한 후, 이어서 0.10h-1의 중량공간속도(자일로스 기준)로 반응원료를 투입하면서 반응을 시작하였다. 반응원료로는 증류수에 40중량%가 되도록 자일로스를 용해하여 사용하였고, 반응 생성물은 굴절률 검출기가 부착된 액체 크로마토그래피로 분석하였다. 반응 후 100시간 동안 자일로스의 평균 전환율 99.9%, 자일리톨의 선택도 99.8%를 얻었으며, 이 후 3,000 시간 이상 연속 반응하여도 활성 저하는 나타나지 않았다. 수소화 반응 후 용액 내에 루테늄과 지르코니움은 각각 1 ppm 도 검출되지 않았다.Ruthenium chloride is evenly loaded so that the content of zirconia formed into a 3 mm size pellet is 99% by weight to 3% by weight, dried at 110 ° C. for 6 hours, and reduced at 350 ° C. for 6 hours while flowing hydrogen. Was carried out. The reduced catalyst was sufficiently washed with chlorine ions using an amount of 100 times the amount of the catalyst with 5% by weight of ammonia water. After washing, the mixture was re-dried at 110 ° C. for 6 hours to prepare a ruthenium catalyst having a ruthenium dispersion of 40% and a chlorine content of 50 ppm. 6 g of the catalyst was charged in a fixed bed tubular reactor made of stainless steel, and then reduced at 350 ° C. for 6 hours while flowing hydrogen at a rate of 50 cc / min. After completion of the reduction reaction, the hydrogen flow rate was adjusted to be 6 moles of xylose added, the reactor temperature was 60 ° C., the reaction pressure was 50 kg / cm 2 , and then a weight space velocity of 0.10 h −1 (based on xylose) The reaction was started by adding the reaction raw materials with). Xylose was dissolved in 40 wt% of distilled water as a reaction raw material, and the reaction product was analyzed by liquid chromatography with a refractive index detector. After the reaction, an average conversion of 99.9% of xylose and a selectivity of 99.8% of xylitol were obtained for 100 hours, and thereafter, no activity was lowered even after continuous reaction for 3,000 hours or more. After the hydrogenation reaction, ruthenium and zirconium were not detected in each of 1 ppm.

실시예 2Example 2

반응물을 글루코스로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하였다. 반응 후 100시간 동안 글루코스의 평균 전환율 99.9 %, 솔비톨의 선택도 99.8 %를 얻었으며, 이 후 1,000시간 이상 연속 반응하여도 활성 저하는 나타나지 않았다. 반응 후 용액 내에 루테늄과 지르코니움은 각각 1 ppm 도 검출되지 않았다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction was used as glucose. During the 100 hours after the reaction, the average conversion of glucose was 99.9% and the selectivity of sorbitol was 99.8%. After that, no degradation was observed even after continuous reaction for 1,000 hours or more. After the reaction, ruthenium and zirconium were not detected in the solution of 1 ppm, respectively.

실시예 3Example 3

반응물로 자일로스 80 %, 아라비노스 9 %, 갈락토스 5 %, 글루코스 6 %를 포함한 당류를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하였다. 반응 후 100시간 동안 수소화된 당알콜류의 평균 순도는 자일리톨이 79.8 %, 아라비톨의 순도 9.2 %, 갈락티톨 5 %, 솔비톨 5.9 %를 얻었으며, 이 후 1,000시간 이상 연속 반응하여도 활성 저하는 나타나지 않았다. 반응 후 용액 내에 루테늄과 지르코니움은 각각 1 ppm 도 검출되지 않았다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that sugars including xylose 80%, arabinose 9%, galactose 5%, and glucose 6% were used as reactants. The average purity of hydrogenated sugar alcohols for 100 hours after the reaction was 79.8% of xylitol, 9.2% of arabitol, 5% of galactitol, and 5.9% of sorbitol. Did. After the reaction, ruthenium and zirconium were not detected in the solution of 1 ppm, respectively.

실시예 4Example 4

3 mm 크기의 펠렛 형태로 성형된 지르코니아의 함량이 99 중량%인 담체에 3 중량%가 되도록 염화루테늄을 고르게 담지하고, 110℃에서 6시간 동안 건조한 후, 질소분위기에서 500℃에서 5시간 동안 소성하였다. 소성된 촉매는 5 중량%의 암모니아수로 촉매 양 대비 100 배의 양을 사용하여 충분히 세척하여 염소를 제거한 후 110℃에서 6시간 동안 재건조한 다음 수소를 흘리면서 350℃에서 6시간 동안 환원을 실시하여 루테늄의 분산도가 30%이고, 염소의 함량이 40 ppm 함유된 루테늄 촉매를 제조하였다. 제조한 촉매 6 g을 스테인레스 스틸 재질의 고정층 관형 반응기에 충진한 다음, 수소를 분당 50 cc의 속도로 흘리면서 350℃에서 3시간 동안 환원을 실시하였다. 환원반응 완료후에 투입되는 자일로스의 6몰 배가 되도록 수소 유량을 조절하고, 반응기 온도를 60℃, 반응압력을 50 kg/cm2으로 한 후, 이어서 0.10h-1 의 중량공간속도(자일로스 기준)로 반응원료를 투입하면서 반응을 시작하였다. 반응원료로는 증류수에 40중량%가 되도록 자일로스를 용해하여 사용하였고, 반응 생성물은 굴절률 검출기가 부착된 액체 크로마토그래피로 분석하였다. 반응 후 100시간 동안 자일로스의 평균 전환율 99.9 %, 자일리톨의 선택도 99.7 %를 얻었으며, 이 후 1,000시간 이상 연속 반응하여도 활성 저하는 나타나지 않았다. 반응 후 용액 내에 루테늄과 지르코니움은 각각 1 ppm도 검출되지 않았다.Ruthenium chloride was evenly loaded so that the content of zirconia formed into a pellet of 3 mm size was 3% by weight in a carrier having 99% by weight, dried at 110 ° C for 6 hours, and then calcined at 500 ° C in a nitrogen atmosphere for 5 hours. It was. The calcined catalyst was thoroughly washed with 5% by weight of ammonia water using 100 times the amount of the catalyst to remove chlorine, and then re-dried at 110 ° C. for 6 hours, and then reduced at 350 ° C. for 6 hours while flowing hydrogen to ruthenium. A ruthenium catalyst having a dispersity of 30% and a content of 40 ppm of chlorine was prepared. 6 g of the catalyst was charged into a fixed bed tubular reactor made of stainless steel, and then reduced at 350 ° C. for 3 hours while flowing hydrogen at a rate of 50 cc per minute. After completion of the reduction reaction, the hydrogen flow rate was adjusted to be 6 moles of xylose added, the reactor temperature was 60 ° C., the reaction pressure was 50 kg / cm 2 , and then a weight space velocity of 0.10 h −1 (based on xylose) The reaction was started by adding the reaction raw materials with). Xylose was dissolved in 40 wt% of distilled water as a reaction raw material, and the reaction product was analyzed by liquid chromatography with a refractive index detector. During the 100 hours after the reaction, 99.9% of the average conversion of xylose and 99.7% of the selectivity of xylitol were obtained, and there was no deterioration in activity even after continuous reaction for 1,000 hours or more. After the reaction, ruthenium and zirconium were not detected in the solution of 1 ppm each.

실시예 5Example 5

3 mm 크기의 펠렛 형태로 성형된 지르코니아의 함량이 99 중량%인 담체에 3 중량%가 되도록 염화루테늄을 고르게 담지하고, 110℃에서 6시간 동안 건조한 후, 질소분위기에서 500℃에서 5시간 동안 소성하였다. 소성한 촉매는 수소를 흘리면서 350℃에서 6시간 동안 환원 후, 5 중량%의 암모니아수로 촉매 양 대비 100 배의 양을 사용하여 충분히 세척하여 염소를 제거하였다. 세척한 촉매는 110℃에서 6시간 동안 재건조하여 루테늄의 분산도가 28 %이고, 염소의 함량이 35 ppm 함유된 루테늄 촉매를 제조하였다. 제조한 촉매 6 g을 스테인레스 스틸 재질의 고정층 관형 반응기에 충진한 다음, 수소를 분당 50 cc의 속도로 흘리면서 350℃에서 3시간 동안 환원을 실시하였다. 환원반응 완료후에 투입되는 자일로스의 6몰 배가 되도록 수소 유량을 조절하고, 반응기 온도를 60℃, 반응압력을 50 kg/cm2으로 한 후, 이어서 0.10 h-1 의 중량공간속도(자일로스 기준)로 반응원료를 투입하면서 반응을 시작하였다. 반응원료로는 증류수에 40 중량%가 되도록 자일로스를 용해하여 사용하였고, 반응 생성물은 굴절률 검출기가 부착된 액체 크로마토그래피로 분석하였다. 반응 후 100시간 동안 자일로스의 평균 전환율 99.9 %, 자일리톨의 선택도 99.7 %를 얻었으며, 이 후 1,000시간 이상 연속 반응하여도 활성 저하는 나타나지 않았다. 반응 후 용액 내에 루테늄과 지르코리움은 각각 1 ppm도 검출되지 않았다.Ruthenium chloride was evenly loaded so that the content of zirconia formed into a pellet of 3 mm size was 3% by weight in a carrier having 99% by weight, dried at 110 ° C for 6 hours, and then calcined at 500 ° C in a nitrogen atmosphere for 5 hours. It was. The calcined catalyst was reduced at 350 ° C. for 6 hours while flowing hydrogen, and then thoroughly washed with 5% by weight of ammonia water using an amount 100 times the amount of the catalyst to remove chlorine. The washed catalyst was re-dried at 110 ° C. for 6 hours to prepare a ruthenium catalyst having a ruthenium dispersion of 28% and a content of 35 ppm of chlorine. 6 g of the catalyst was charged into a fixed bed tubular reactor made of stainless steel, and then reduced at 350 ° C. for 3 hours while flowing hydrogen at a rate of 50 cc per minute. After completion of the reduction reaction, the hydrogen flow rate was adjusted to be 6 moles of xylose added, the reactor temperature was 60 ° C., the reaction pressure was 50 kg / cm 2 , and then a weight space velocity of 0.10 h −1 (based on xylose) The reaction was started by adding the reaction raw materials with). As a reaction raw material, xylose was dissolved in 40% by weight of distilled water, and the reaction product was analyzed by liquid chromatography with a refractive index detector. During the 100 hours after the reaction, 99.9% of the average conversion of xylose and 99.7% of the selectivity of xylitol were obtained, and there was no deterioration in activity even after continuous reaction for 1,000 hours or more. After the reaction, ruthenium and zirconium were not detected in the solution of 1 ppm each.

비교예 1Comparative Example 1

지르코니아를 담체로 하여 루테늄의 분산도가 4%이고, 염소의 함량이 60 ppm인 3 중량% 루테늄 촉매를 제조하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하였다. 반응 후 100시간 동안 자일로스의 평균 전환율 80.0 %, 자일리톨의 선택도 99.8 %를 얻었다. 분산도가 낮음으로 인해 고순도 당알코올을 직접 얻을 수 없고, 생산효율이 낮아 재순환 반응 공정이 필요하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that a 3% by weight ruthenium catalyst having a dispersity of 4% and a chlorine content of 60 ppm was prepared using zirconia as a carrier. During the 100 hours after the reaction, the average conversion of xylose was 80.0% and the selectivity of xylitol was 99.8%. Due to the low dispersion, high-purity sugar alcohols could not be obtained directly, and a low recycling efficiency required a recycling reaction process.

비교예 2Comparative Example 2

지르코니아에 염화루테늄을 고르게 담지하고, 110℃에서 6시간 동안 건조한 후, 세척단계 없이 수소를 흘리면서 350℃에서 6시간 동안 환원을 실시하여 루테늄의 분산도가 30%이고, 염소의 함량이 1,000 ppm 함유된 3 중량% 루테늄 촉매를 제조하여 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 자일로스의 평균 전환율 99.9 %, 자일리톨의 선택도 99.7 %를 얻었으며, 시간이 경과하면서 촉매는 비활성화되어 270시간 후 자일로스의 전환율 95.5 %를 얻었다.Evenly loaded ruthenium chloride in zirconia, dried at 110 ° C. for 6 hours, and reduced at 350 ° C. for 6 hours with flowing hydrogen without washing step to give 30% dispersion of ruthenium and 1,000 ppm of chlorine. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except for preparing and using the prepared 3 wt% ruthenium catalyst. The reaction yielded 99.9% of xylose and 99.7% of xylitol selectivity for 20 hours after the reaction. The catalyst was deactivated over time to obtain 95.5% of xylose conversion after 270 hours.

비교예 3Comparative Example 3

2 ∼ 50nm의 큰 세공이 세공부피의 85.3 %, 50∼10,000 nm의 중간 세공이 세공부피의 14.7%로 구성된 알루미나 담체에 분산도가 3 %이고, 염소의 함량이 70 ppm 함유된 3 중량%의 루테늄이 담지된 촉매를 제조하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하였다. 반응 후 10시간 동안 자일로스의 평균 전환율 82.1 %, 자일리톨의 선택도 99.7 %를 얻었으며, 반응 시간이 경과하면서 촉매는 비활성화되어 48시간 후 자일로스의 전환율은 72.1 %를 얻었다. 반응 후 용액 내에 루테늄은 1 ppm 도 검출되지 않았으나, 알루미늄이 60 ppm 검출되어 반응 중 담체 성분이 용해됨을 확인하였다.3% by weight of 3% by mass containing 70% of chlorine in an alumina carrier composed of 85.3% of large pore volume of 2 to 50 nm and 14.7% of medium pore volume of 50 to 10,000 nm. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that a ruthenium-supported catalyst was prepared and used. After the reaction, the average conversion of xylose was 82.1% and the selectivity of xylitol was 99.7% for 10 hours. The catalyst was deactivated as the reaction time passed, and the conversion of xylose was obtained at 72.1% after 48 hours. Although 1 ppm of ruthenium was not detected in the solution after the reaction, it was confirmed that 60 ppm of aluminum was dissolved in the carrier component during the reaction.

비교예 4Comparative Example 4

실리카를 담체로 하여 루테늄의 분산도가 2.8 % 이고, 염소의 함량이 50 ppm 함유된 3중량% 루테늄 촉매를 제조하여 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하였다. 반응 후 100시간 동안 자일로스의 평균 전환율 76.0%, 자일리톨의 선택도 99.8 %를 얻었다. 분산도가 낮음으로 인해 시간당 생산효율이 감소하였다. 반응 후 용액 내에 루테늄은 1 ppm 도 검출되지 않았으나, 실리콘이 20 ppm 검출되어 반응 중 담체 성분이 용해됨을 확인하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that a 3 wt% ruthenium catalyst containing 2.8% ruthenium and 50 ppm chlorine was prepared using silica as a carrier. During the 100 hours after the reaction, the average conversion of xylose was 76.0% and the selectivity of xylitol was 99.8%. Due to the low dispersion, the production efficiency per hour decreased. After the reaction, ruthenium was not detected in the solution of 1 ppm, but 20 ppm of silicon was detected to confirm that the carrier component was dissolved during the reaction.

지르코니아 담체에 루테늄의 분산도가 10 %이상 되도록 담지하면서, 염소의 함량이 100 ppm 미만인 촉매를 사용함으로써 반응 중 촉매성분의 용해 없이 보다 온화한 저온, 저압의 조건에서 연속 공정을 사용하여 선택적으로 당알코올류를 제조함으로 인해, 부산물 및 폐기물이 거의 발생하지 않는 친환경적 방법이 제공되며, 복잡한 별도의 분리 공정 없이 효율적, 경제적으로 고순도의 당알코올류가 제조된다.By using a catalyst having a chlorine content of less than 100 ppm while supporting the zirconia carrier so that the dispersity of ruthenium is 10% or more, a sugar alcohol is selectively used in a continuous process under milder low temperature and low pressure without dissolving the catalyst component during the reaction. By producing the lysates, an environmentally friendly method with little generation of by-products and waste is provided, and high-purity sugar alcohols are produced efficiently and economically without complicated separate separation process.

Claims (14)

지르코니아 담체에 루테늄염을 담지하고, 90 ∼ 150 ℃에서 건조하고, 200 ∼ 600 ℃의 온도에서 소성시킨 후, 암모니아수, 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 무기염기 수용액으로 세척하고 건조시켜, 루테늄의 분산도가 10 % ∼ 100%이고, 염소함량이 100 ppm 미만으로 조절된 촉매를 제조하고, Supporting ruthenium salt on the zirconia carrier, drying at 90-150 ° C., calcining at 200-600 ° C., washing with at least one aqueous inorganic base solution selected from the group consisting of aqueous ammonia, sodium hydroxide and potassium hydroxide and drying To prepare a catalyst having a ruthenium dispersion of 10% to 100% and a chlorine content of less than 100 ppm, 상기 촉매를 사용하여, 반응온도 20 ∼ 150℃, 반응압력 5 ∼ 300 kg/cm2 의 조건하에서 당류를 수소화 반응에 의해 그에 상응하는 당알코올류로 제조하는 방법.By using the catalyst, a method for producing a sugar alcohol to the corresponding sugar alcohols by hydrogenation under the conditions of reaction temperature 20 ~ 150 ℃, reaction pressure 5 ~ 300 kg / cm 2 . 지르코니아 담체에 루테늄염을 담지하고, 90~150 ℃에서 건조하고, 수소를 흘리면서 100~500 ℃의 온도에서 환원시킨 후, 암모니아수, 수산화나트륨 및 수산화칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 무기염기 수용액으로 세척하고 건조시켜, 루테늄의 분산도가 10%~100%이고, 염소함량이 100 ppm 미만으로 조절된 촉매를 제조하고, 상기 촉매를 사용하여, 반응온도 20~150 ℃, 반응압력 5~300 kg/cm2의 조건하에서 당류를 수소화 반응에 의해 그에 상응하는 당알코올류를 제조하는 방법Supporting a ruthenium salt in the zirconia support, dried at 90 ~ 150 ℃, as was sloppy to hydrogen reduction at a temperature of 100 ~ 500 ℃, aqueous ammonia, at least one inorganic base solution is selected from the group consisting of sodium and potassium Washing and drying, the dispersity of ruthenium is 10% -100%, A catalyst having a chlorine content of less than 100 ppm was prepared, and using the catalyst, a sugar alcohol corresponding thereto was reacted with a hydrogenated reaction under the conditions of a reaction temperature of 20 to 150 ° C. and a reaction pressure of 5 to 300 kg / cm 2 . How to prepare 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 담체 전체 중량의 90 중량% 이상이 지르코니아임을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method for producing sugar alcohols according to claim 1 or 2, wherein 90% by weight or more of the total weight of the carrier is zirconia. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 담체의 표면적이 10 ∼ 500 m2/g 인 것을 특징으로 하는 당알콜류의 제조방법.The method for producing sugar alcohols according to claim 1 or 2, wherein the surface area of the carrier is 10 to 500 m 2 / g. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 루테늄염은 촉매의 중량을 기준으로 0.1 ∼ 10 중량%의 루테늄을 포함함을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the ruthenium salt comprises from 0.1 to 10% by weight of ruthenium based on the weight of the catalyst. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 암모니아수, 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 무기염기 수용액으로 세척하고 건조시키는 단계의 전 또는 후에, 수소를 흘리면서 100~500℃의 온도로 환원시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method of claim 1, wherein before or after the step of washing and drying with at least one aqueous inorganic base solution selected from the group consisting of aqueous ammonia, sodium hydroxide and potassium hydroxide, flowing hydrogen to reduce the temperature to 100 to 500 ° C. Method for producing a sugar alcohol, characterized in that it further comprises. 삭제delete 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 당류는 에리스로스, 자일로스, 아라비노스, 글루코스, 갈락토스, 마노스, 프룩토스, 락토스, 락툴로스, 말토스, 이소말툴로스, 탈로스, 람노스, 수크로스, 전분당, 전분 가수분해물, 셀룰로스 가수분해물, 헤미셀룰로스 가수분해물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The saccharide according to claim 1 or 2, wherein the saccharide is erythrose, xylose, arabinose, glucose, galactose, manose, fructose, lactose, lactulose, maltose, isomaltulose, talos, rhamnose, susu Method for producing sugar alcohols, characterized in that it comprises one or more mixtures selected from the group consisting of cross, starch sugar, starch hydrolyzate, cellulose hydrolyzate, hemicellulose hydrolyzate. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 당류는 용매에 녹여 사용할 수 있으며, 이 때 사용되는 용매는 물, 알코올 또는 그 혼합물로부터 선택됨을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method of claim 1 or 2, wherein the sugar can be dissolved in a solvent and used, wherein the solvent used is selected from water, alcohols or mixtures thereof. 제 10항에 있어서, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법. The method of claim 10, wherein the alcohol is methanol, ethanol, propanol, isopropanol, or a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 반응온도는 30 ∼ 130 ℃임을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reaction temperature is a sugar alcohol production method, characterized in that 30 ~ 130 ℃. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응압력이 10 ∼ 200 kg/cm2 임을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method for producing sugar alcohols according to claim 1 or 2, wherein the reaction pressure is 10 to 200 kg / cm 2 . 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수소화 반응이 연속 반응일 경우, 당류의 중량 공간 속도는 0.05 ∼ 10 h-1 임을 특징으로 하는 당알코올류의 제조방법.The method for producing sugar alcohols according to claim 1 or 2, wherein when the hydrogenation reaction is a continuous reaction, the weight space velocity of the sugar is 0.05 to 10 h −1 .
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