KR101248697B1 - Method of Producing Magnesia-zirconia Carrier for Catalyst for Oxidative Dehydrogenation of n-Butane, Method of Producing Magnesia-zirconia Carrier-Supported Magnesium Orthovanadate Catalyst, and Method of Producing n-Butene and 1,3-Butadiene Using Said Catalyst - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조방법, 그에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 노르말-부텐과 1,3-부타디엔의 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a method for preparing a magnesia-zirconia composite carrier for oxidative dehydrogenation reaction catalyst of normal-butane, a method for preparing a magnesium orthovanadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier prepared therefrom, and a normal using the catalyst. It relates to a method for producing butene and 1,3-butadiene.
Description
본 발명은 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조방법, 그에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 노르말-부텐과 1,3-부타디엔의 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a method for preparing a magnesia-zirconia composite carrier for oxidative dehydrogenation reaction catalyst of normal-butane, a method for preparing a magnesium orthovanadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier prepared therefrom, and a normal using the catalyst. It relates to a method for producing butene and 1,3-butadiene.
최근 석유화학 시장에서 올레핀 가격이 급등하면서 특히 각종 석유화학 제품의 원료가 되는 경질 올레핀에 대한 공급이 시장의 관심사가 되고 있다. 각종 합성 고무 및 공중합체 제품의 원료가 되는 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔 역시 최근 중국을 중심으로 그 수요와 가치가 증가하고 있는 경질 올레핀 중 하나로서 이를 얻기 위한 방법에는 크게 납사 크래킹, 노르말-부탄 혹은 노르말-부텐의 직접 탈수소화 반응, 또는 노르말-부탄 혹은 노르말-부텐의 산화적 탈수소화 반응이 있다. 이 중에서 시장에 공급되는 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔의 약 90% 이상이 납사 크래킹 공정에 의해서 공급되고 있어, 이러한 상황에서 납사 크래킹 공정의 운영이 시장에 미치는 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 그러나 납사 크래킹 공정의 경우 에틸렌, 프로필렌 등의 기초 유분을 목적으로 생산하는 공정의 특성상 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 생산하기 위한 단독 공정이 아니며, 이에 따라 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔 생산 확대를 위해 납사 크래커를 무작정 신ㆍ증설할 수도 없고, 납사 크래커가 증설되더라도 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔 이외에 다른 기초유분이 잉여로 생산된다는 문제점을 지니고 있다. 또한 납사 크래킹 공정의 신설 및 운영에 있어서의 최근 동향은 에틸렌, 프로필렌에 대한 수요가 크게 증가함에 따라 이에 대한 수율이 높은 방향으로 이루어지고 있어, C4 유분에 대한 수율이 낮은 대신 에틸렌, 프로필렌 등의 다른 기초 유분에 대한 수율이 높은 에탄, 프로판 등의 경질 탄화수소를 원료로 이용하는 공정으로 변화하고 있다. 거기에 C4 유분을 얻을 수 있는 납사 원료의 가격이 지속적으로 상승하면서 이에 따라 상대적으로 납사 크래킹 공정 비율이 감소하고 있기 때문에, 상기의 여러 가지 원인들로 인해 납사 크래킹 공정을 통해서 C4 혼합물, 특히 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 확보하는 것은 점점 어려워지고 있다.Recently, as olefin prices have soared in the petrochemical market, the supply of light olefins, which is a raw material for various petrochemical products, has become a concern of the market. Normal-butene and 1,3-butadiene, which are raw materials for various synthetic rubber and copolymer products, are also one of the light olefins, which have recently been increasing in demand and value, mainly in China. Direct dehydrogenation of butane or normal-butene or oxidative dehydrogenation of normal-butane or normal-butene. Among them, about 90% or more of the normal-butene and 1,3-butadiene supplied to the market is supplied by the naphtha cracking process, and thus the operation of the naphtha cracking process on the market is very significant. However, the naphtha cracking process is not a sole process for producing normal-butene and 1,3-butadiene due to the nature of the process for the production of basic fractions such as ethylene and propylene, and thus, normal-butene and 1,3-butadiene Naphtha crackers cannot be expanded or expanded in order to expand production, and even if naphtha crackers are added, other basic oils other than normal-butene and 1,3-butadiene are produced in surplus. In addition, the recent trend in the establishment and operation of naphtha cracking process is in the direction of high yield as the demand for ethylene and propylene is greatly increased, so that the yield for C 4 fraction is low and instead of ethylene and propylene, It is changing to the process which uses light hydrocarbons, such as ethane and propane, which have a high yield with respect to other basic fractions as a raw material. While there have continued to rise and the rate of the C 4 naphtha to obtain the oil fraction raw material to thereby relatively naphtha cracking due to process the ratio it is so reduced, due to various causes, of the C 4 mixture through a naphtha cracking process, in particular It is becoming increasingly difficult to obtain normal-butenes and 1,3-butadiene.
전술한 바와 같이 납사 크래킹 공정은 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔 공급의 대부분을 차지하지만 상기의 여러 가지 이유로 최근의 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔 수요 증가에 따른 수급 불균형을 해소할 수 있는 효과적 대안이 될 수 없기 때문에, 노르말-부탄이나 노르말-부텐으로부터 수소를 떼어내어 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 얻는 탈수소화 반응이 최근의 시장 변화에 빠르게 대처할 수 있는 공정으로서 주목을 받고 있다.As mentioned above, the naphtha cracking process accounts for most of the supply of normal-butene and 1,3-butadiene, but for many reasons, the supply-demand imbalance caused by the recent increase in demand for normal-butene and 1,3-butadiene can be resolved. Since it cannot be an effective alternative, the dehydrogenation reaction of removing hydrogen from normal-butane or normal-butene to obtain normal-butene and 1,3-butadiene is drawing attention as a process that can cope with recent market changes quickly. .
그런데 지난 20여년간, 노르말-부탄과 노르말-부텐 중에서 상대적으로 탈수소화 반응이 용이한 노르말-부텐을 통한 탈수소화 반응이 활발하게 연구되어 많은 연구 성과가 발표되었으나[H.H. Kung, M.C. Kung, Adv. Catal., 33권, 159쪽(1985년); J.A. Toledo, P. Bosch, M.A. Valenzuela, A. Montoya, N. Nava, J. Mol. Catal. A, 125권, 53쪽(1997년); H. Lee, J.C. Jung, H. Kim, Y.-M. Chung, T.J. Kim, S.J. Lee, S.-H. Oh, Y.S. Kim, I.K. Song, Catal. Lett., 131권, 344쪽(2009년); H. Lee, J.C. Jung, I.K. Song, Catal. Lett., 133권, 321쪽(2009년); W. Ueda, K. Asakawa, C.-L. Chen, Y. Moro-oka, T. Ikawa, J. Catal., 101권, 360쪽(1986년); R.K. Grasselli, Handbook of Heterogeneous Catalysis, 5권, 2302쪽(1997년); J.C. Jung, H. Lee, H. Kim, Y.-M. Chung, T.J. Kim, S.J. Lee, S.-H. Oh, Y.S. Kim, I.K. Song, Catal. Lett., 124권, 262쪽(2008년); J.C. Jung, H. Lee, D.R. Park, J.G. Seo, I.K. Song, Catal. Lett., 131권, 401쪽(2009년)], 최근 노르말-부텐 또한 중국의 수요 급증에 의해 가격이 치솟고 있어, 석유 화학 산업에서는 궁극적으로 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 현재의 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔 수급 불균형을 해결할 수 있는 대처 방안으로 생각하고 있으며, 현재 관련 연구가 활발히 진행되고 있는 중이다[N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., 127권, 63쪽(2009년); I.C. Marcu, I. Sandulescu, J.M.M. Millet, Appl. Catal. A, 227권, 309쪽(2002); L.M. Madeira, J.M. Herrmann, F.G. Freire, M.F. Portela, F.J. Maldonado, Appl. Catal. A, 158권, 243쪽(1997년); A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45권, 65쪽(1998년)]. However, over the past two decades, dehydrogenation through normal-butene, which is relatively easy to dehydrogenation among normal-butane and normal-butene, has been actively studied, and many research results have been published [H.H. Kung, M.C. Kung, Adv. Catal., Vol. 33, 159 (1985); J.A. Toledo, P. Bosch, M.A. Valenzuela, A. Montoya, N. Nava, J. Mol. Catal. A, vol. 125, 53 (1997); H. Lee, J.C. Jung, H. Kim, Y.-M. Chung, T.J. Kim, S.J. Lee, S.-H. Oh, Y.S. Kim, I.K. Song, Catal. Lett., Vol. 131, p. 344 (2009); H. Lee, J.C. Jung, I.K. Song, Catal. Lett., Vol. 133, p. 321 (2009); W. Ueda, K. Asakawa, C.-L. Chen, Y. Moro-oka, T. Ikawa, J. Catal., Vol. 101, 360 (1986); R.K. Grasselli, Handbook of Heterogeneous Catalysis, 5, 2302 (1997); J.C. Jung, H. Lee, H. Kim, Y.-M. Chung, T.J. Kim, S.J. Lee, S.-H. Oh, Y.S. Kim, I.K. Song, Catal. Lett., Vol. 124, 262 (2008); J.C. Jung, H. Lee, D. R. Park, J.G. Seo, I.K. Song, Catal. Lett., Vol. 131, p. 401 (2009)], and also recently, normal-butene prices have been soaring due to the surge in demand in China, and ultimately in the petrochemical industry, the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane is now normal. -It is considered as a countermeasure to solve the butene and 1,3-butadiene supply and demand imbalance, and the related research is being actively conducted [N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., Vol. 127, 63 (2009); I.C. Marcu, I. Sandulescu, J.M.M. Millet, Appl. Catal. A, Vol. 227, p. 309 (2002); L.M. Madeira, J.M. Herrmann, F.G. Freire, M.F. Portela, F.J. Maldonado, Appl. Catal. A, Vol. 158, 243 (1997); A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, Vol. 45, 65 (1998)].
노르말-부탄의 탈수소화 반응에는 직접 탈수소화 반응과 산화적 탈수소화 반응이 있는데, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응은 노르말-부탄으로부터 직접적으로 수소를 떼어내야 하기 때문에 고도의 흡열반응으로서 열역학적으로도 불리하고, 고온의 반응조건이 요구되어 에너지의 소모가 심하다는 단점이 있다. 또한 직접 탈수소화 반응을 수행하기 위해서 백금이나 팔라듐과 같은 귀금속 촉매가 사용되는데, 이러한 귀금속 촉매의 경우, 그 수명이 매우 짧은 경우가 많아 재생 공정을 수행해 주어야 하는 등 직접 탈수소화 공정은 1,3-부타디엔 생산을 위한 상용화 공정으로는 적합하지 않다[A. Wu, C.A. Frake, 미국특허 제 6,433,241 B2호(2002년); A. Wu, C.A. Frake, 미국특허 제 6,187,984호(2001년)]. 반면에, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응은 직접 탈수소화 반응과 달리 노르말-부탄과 산소가 반응하여 노르말-부텐과 물을 생성하고, 노르말-부텐과 산소가 반응하여 1,3-부타디엔과 물로 변하는 반응으로, 산소가 사용되어 물이 생성됨에 따라 흡열반응이 발열반응으로 전환되면서 열역학적으로 유리할 뿐만 아니라, 촉매 반응으로 인한 발열을 반응 후 생성된 물이 억제할 수 있기 때문에, 촉매층의 급격한 온도변화를 방지할 수 있다. 따라서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 공정은 납사 크래킹과는 달리 단독 공정에 의해 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 생산하면서도, 직접 탈수소화 공정보다 유리한 공정 조건에서 가동시킬 수 있으므로, 고효율로 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 생산하는 촉매 공정이 개발될 경우, 이 공정은 에너지 절감형 단독 공정에 의해 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 생산해 낼 수 있는 효과적인 대안이 될 수 있다. The dehydrogenation of normal-butane includes direct dehydrogenation and oxidative dehydrogenation, which is a highly endothermic reaction because it is necessary to remove hydrogen directly from normal-butane. It is disadvantageous, and high temperature reaction conditions are required, which consumes a lot of energy. In addition, a noble metal catalyst such as platinum or palladium is used to perform a direct dehydrogenation reaction. In the case of such a noble metal catalyst, the life of the noble metal catalyst is very short, and a regeneration process has to be performed. It is not suitable as a commercialization process for butadiene production [A. Wu, C.A. Frake, US Pat. No. 6,433,241 B2 (2002); A. Wu, C.A. Frake, US Patent No. 6,187,984 (2001)]. On the other hand, oxidative dehydrogenation of normal-butane is different from direct dehydrogenation, in which normal-butane reacts with oxygen to produce normal-butene and water, and normal-butene reacts with 1,3-butadiene. In the reaction that turns into water, as the endothermic reaction is converted to exothermic reaction as oxygen is used to generate water, not only is thermodynamically advantageous, but also the rapid temperature of the catalyst layer because the water generated after the reaction can suppress the heat generated by the catalytic reaction. Changes can be prevented. Therefore, unlike the naphtha cracking process, the oxidative dehydrogenation process of normal-butane produces normal-butene and 1,3-butadiene by a single process, and can be operated under favorable process conditions than the direct dehydrogenation process. If a catalytic process for producing normal-butene and 1,3-butadiene is developed, this process can be an effective alternative to the production of normal-butene and 1,3-butadiene by energy-saving single process.
전술한 바와 같이 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조하는데 있어서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응은 노르말-부탄과 산소가 반응하여 노르말-부텐과 물을 생성하고, 노르말-부텐과 산소로부터 동일한 과정이 한 번 더 일어나 1,3-부타디엔과 물을 생성하는 반응이다. 상기에 언급한 바에 의하면, 본 반응은 상용화 공정으로서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 비해 열역학적으로 유리하여 온화한 반응조건에서도 보다 높은 수율의 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 얻을 수 있는 등의 많은 장점을 가짐에도 불구하고, 본 반응에서는 산소를 반응물로 사용하기 때문에 일산화탄소나 이산화탄소가 발생하는 고도의 산화반응 등 많은 부반응이 예상된다. As described above, in the production of normal-butene and 1,3-butadiene, the oxidative dehydrogenation of normal-butane reacts with normal-butane and oxygen to produce normal-butene and water, and from normal-butene and oxygen The same process occurs once more, producing 1,3-butadiene and water. As mentioned above, this reaction is thermodynamically advantageous compared to the normal dehydrogenation of normal-butane as a compatibilization process, so that a higher yield of normal-butene and 1,3-butadiene can be obtained even under mild reaction conditions. Although it has many advantages, many side reactions such as highly oxidative reactions that generate carbon monoxide or carbon dioxide are expected because oxygen is used as a reactant in the present reaction.
따라서 노르말-부탄을 최대한 전환시키면서도, 완전 산화반응 등의 부반응을 억제하여 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔의 선택도를 높일 수 있는 촉매를 개발하는 것이 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 공정에 있어서 가장 중요한 핵심 기술이다. 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응의 반응 기구는 아직 정확하게 알려진 바 없지만, 첫 단계로 고체 산-격자산소의 작용으로 노르말-부탄으로부터 C-H 결합을 끊어냄과 동시에 촉매 자체의 산화ㆍ환원 반응 및 격자산소의 손실이 일어난다고 알려져 있으며, 이에 따라 여러 산화 상태를 가질 수 있는 전이금속이온을 포함한 복합 산화물 형태의 촉매들이 산화적 탈수소화 반응에 필수적이다[H.H. Kung, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 25권, 171쪽(1986)].Therefore, the development of a catalyst capable of increasing the selectivity of normal-butene and 1,3-butadiene by suppressing side reactions such as complete oxidation while maximizing the conversion of normal-butane is essential in the process of oxidative dehydrogenation of normal-butane. In the most important core technology. The mechanism of the reaction of oxidative dehydrogenation of normal-butane is not yet known precisely, but the first step is to remove the CH bond from normal-butane by the action of a solid acid-intermediate, while simultaneously reducing the oxidation and reduction reactions and lattice of the catalyst itself. Loss of oxygen is known to occur, and catalysts in the form of complex oxides containing transition metal ions, which can have various oxidation states, are essential for oxidative dehydrogenation reactions [HH Kung, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 25, 171 (1986)].
지금까지 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 의해 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조하는데 효율적인 것으로 알려진 촉매로는 마그네슘 오르소바나데이트 계열 촉매[M.A. Chaar, D. Partel, H.H. Kung, J. Catal., 105권, 483쪽(1987); M.A. Chaar, D. Partel, H.H. Kung, J. Catal., 109권, 463쪽(1988); O.S. Owen, H.H. Kung, J. Mol. Catal., 79권, 265쪽(1993); A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45권, 65쪽(1998); 송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037(2011년)], 바나듐 산화물 계열 촉매[A.F. Dickason, 미국특허 제 3,914,332호 (1975년); M.E. Harlin, V.M. Niemi, A.O.I. Krause, J. Catal. 195권, 67쪽(2000); V.M. Murgia, E.M.F. Torres, J.C. Gottifredi, E.L. Sham, Appl. Catal. A, 312권, 134쪽(2006)], 파이로포스페이트 계열 촉매[I.C. Marcu, I. Sandulescu, J.M.M. Millet, Appl. Catal. A, 227권, 309쪽(2002); F. Urlan, I.C. Marcu, I. Sandulescu, Catal. Commun., 9권, 2403쪽(2008)], 페라이트 계열 촉매 [H. Armendariz, J.A. Toledo, G. Aguilar-Rios, M.A. Valenzuela, P. Salas, A. Cabral, H. Jimenez, I. Schifter, J. Mol. Catal., 92권, 325쪽(1994); L. Bajars, L.J. Croce, 미국특허 제 3,303,234호 (1967년)] 등이 있다.To date, catalysts known to be effective for preparing normal-butene and 1,3-butadiene by oxidative dehydrogenation of normal-butane are magnesium orthovanadate series catalysts [M.A. Chaar, D. Partel, H. H. Kung, J. Catal., 105, 483 (1987); M.A. Chaar, D. Partel, H. H. Kung, J. Catal., Vol. 109, 463 (1988); O.S. Owen, H. H. Kung, J. Mol. Catal., Vol. 79, p. 265 (1993); A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45, 65 (1998); Song In-gyu, Lee Ho-won, Yoo-Sik Cho, Young-Jin Cho, Jin-Suk Lee, Ho-Sik Jang, Republic of Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011)], Vanadium oxide-based catalyst [A.F. Dickason, US Pat. No. 3,914,332 (1975); M.E. Harlin, V.M. Niemi, A.O.I. Krause, J. Catal. 195, p. 67 (2000); V.M. Murgia, E.M.F. Torres, J.C. Gottifredi, E.L. Sham, Appl. Catal. A, Vol. 312, p. 134 (2006)], pyrophosphate-based catalysts [I.C. Marcu, I. Sandulescu, J.M.M. Millet, Appl. Catal. A, Vol. 227, p. 309 (2002); F. Urlan, I.C. Marcu, I. Sandulescu, Catal. Commun., Vol. 9, p. 2403 (2008)], ferrite-based catalysts [H. Armendariz, J.A. Toledo, G. Aguilar-Rios, M.A. Valenzuela, P. Salas, A. Cabral, H. Jimenez, I. Schifter, J. Mol. Catal., Vol. 92, p. 325 (1994); L. Bajars, L.J. Croce, US Pat. No. 3,303,234 (1967).
상기 복합 산화물 촉매들의 공통된 특징은 바로 전이 금속을 포함한다는 점인데, 이는 전술한 바와 같이 촉매의 산화-환원을 통해 촉매와 노르말-부탄 사이에 전자 이동이 가능해야 하기 때문이다[H.H. Kung, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 25권, 171쪽(1986)]. 상기 촉매들은 산화-환원이 가능한 금속, 예를 들면 바나듐, 철, 니켈, 티타늄 등을 포함함으로써 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행할 수 있는데, 특히 바나듐을 포함한 마그네슘 오르소바나데이트 계열 촉매들의 활성이 높은 것으로 알려져 있어, 바나듐 금속이 가지고 있는 산화-환원 능력이 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 적합한 것으로 판단할 수 있다[M.A. Chaar, D. Partel, H.H. Kung, J. Catal., 105권, 483쪽(1987); M.A. Chaar, D. Partel, H.H. Kung, J. Catal., 109권, 463쪽(1988)]. A common feature of these complex oxide catalysts is that they comprise a transition metal, as described above, since electron transfer between the catalyst and normal-butane must be possible through oxidation-reduction of the catalyst [H.H. Kung, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 25, 171 (1986)]. The catalysts may perform an oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane by including an oxide-reducing metal such as vanadium, iron, nickel, titanium, and the like. In particular, a magnesium orthovanadate-based catalyst including vanadium The activity of these compounds is known to be high, and the oxidation-reduction ability of vanadium metal may be judged to be suitable for the oxidative dehydrogenation of normal-butane. Chaar, D. Partel, H. H. Kung, J. Catal., 105, 483 (1987); M.A. Chaar, D. Partel, H. H. Kung, J. Catal., Vol. 109, 463 (1988)].
상기 언급한 마그네슘 오르소바나데이트 계열 촉매는 Mg3(VO4)2의 화학식을 가지고 있으며, 사방정계 결정 형태를 띈 물질로, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에서 마그네시아와 결합하여, 반응 조건에 따라 입방체 결정구조를 띈 사산화바나듐 상태의 Mg2VO4를 거쳐, 삼산화바나듐 상태의 MgV2O4와 산소로 변하면서 환원되며[N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., 127권, 63쪽(2009)], 이 환원 과정은 노르말-부탄으로부터 C-H 결합이 깨지면서 생기는 전자를 받아들이게 되면서 이루어진다. 이와 같은 중심 금속인 바나듐 이온이 오산화상태로부터 삼산화상태로 이어지면서 환원되는 특징은 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 필수적인 요소로서, 마그네슘 오르소바나데이트 계열 촉매는 이러한 바나듐의 산화수 변화를 통해 노르말-부탄과의 산화-환원 반응을 수행하여 노르말-부탄으로부터 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조하는 산화적 탈수소화 반응에 촉매로서 활용이 가능한 것이다[N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., 127권, 63쪽(2009)]. The above-mentioned magnesium orthovanadate-based catalyst has a chemical formula of Mg 3 (VO 4 ) 2 , and has a tetragonal crystal form, which is combined with magnesia in the oxidative dehydrogenation of normal-butane, and thus the reaction conditions. According to the present invention, the cubic crystalline structure is reduced to Mg 2 VO 4 in the form of vanadium tetraoxide, and reduced to MgV 2 O 4 and oxygen in the form of vanadium trioxide [N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., Vol. 127, 63 (2009)], this reduction process takes place by accepting electrons from the breakdown of CH bonds from normal-butane. Reduction of vanadium ions, which are the central metals, from the oxidized state to the trioxide state is essential for the oxidative dehydrogenation of normal-butane. The magnesium orthovanadate-based catalyst is a normal through the oxidation number change of vanadium. -Can be used as a catalyst in the oxidative dehydrogenation reaction of performing normal-butene and 1,3-butadiene from the normal-butane by performing an oxidation-reduction reaction with butane [N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., Vol. 127, 63 (2009)].
일반적으로 마그네슘 오르소바나데이트 촉매는 Mg3(VO4)2의 활성상이 별도의 금속 산화물에 담지된 형태로 제조되는데, 담지하지 않은 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 경우, 담지된 마그네슘 오르소바나데이트보다 활성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다. In general, magnesium orthovanadate catalyst is prepared in a form in which the active phase of Mg 3 (VO 4 ) 2 is supported on a separate metal oxide. In the case of unsupported magnesium orthovanadate catalyst, the supported magnesium orthovanadate is supported. It is reported to be less active.
종래의 특허 및 문헌에 담지하지 않은 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 사용한 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응의 결과가 보고된 바 있는데, 구체적으로는 반응물 주입비가 노르말-부탄:산소:헬륨=4:8:88인 조건에서 540℃ 반응을 통해 11.5%의 노르말-부탄 전환율, 6.7%의 탈수소화 생성물 수율을 얻었음이 보고되었으며[O.S. Owen, H.H. Kung, J. Mol. Catal., 79권, 265쪽(1993)], 반응물 주입비가 노르말-부탄:산소:헬륨=5:10:85인 조건에서 담지되지 않은 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 통한 540℃의 노르말-부탄 산화적 탈수소화 반응을 수행하여, 5.7%의 탈수소화 반응생성물 수율을 얻었음이 보고되었다[A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45권, 65쪽(1998)]. 마그네슘 오르소바나데이트 촉매는 담지했을 경우, 좀 더 활성을 향상시킬 수 있는데[A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45권, 65쪽(1998)], 특히 과량의 마그네시아에 바나듐을 담지함으로써 얻어지는 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 일반적으로 보고되고 있으며, 이러한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 좋은 활성을 나타내는 것으로 보고되고 있다[M.A. Chaar, D. Partel, H.H. Kung, J. Catal., 109권, 463쪽(1988); O.S. Owen, H.H. Kung, J. Mol. Catal., 79권, 265쪽(1993); A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45권, 65쪽(1998)]. 구체적으로는 암모늄 바나데이트와 암모니아의 혼합 수용액에 마그네슘과 바나듐의 비율이 6:1이 되도록 수산화마그네슘을 혼합하여 합성한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 사용하여 600℃, 반응물 중 노르말-부탄:산소:질소의 비율이 2:1:97인 조건에서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행한 결과, 30.4%의 노르말-부탄 전환율, 70.6%의 탈수소화 반응생성물 선택도, 21.5%의 탈수소화 반응생성물 수율을 얻었음이 보고되었고[N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., 127권, 63쪽(2009)], 반응물 주입비가 노르말-부탄:산소:헬륨=5:10:85인 조건에서 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 통한 540℃에서의 노르말-부탄 산화적 탈수소화 반응을 수행하여, 22.8%의 수율을 얻었음이 보고되었다[A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, 45권, 65쪽(1998)]. 또한 상기한 반응들보다 산소의 비율이 더 높은 조건(노르말-부탄:산소:헬륨=5:20:75)에서 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 통해 35.4%의 노르말-부탄 전환율과 18.1%의 탈수소화 반응생성물 수율을 얻은 실험결과도 보고되었다[J.M. Lopez Nieto, A. Dejoz, M.J. Vazquez, W. O'Leary, J. Cunnungham, Catal. Today, 40권, 215쪽(1998)].The results of oxidative dehydrogenation of normal-butane using magnesium orthovanadate catalysts not supported in the prior patents and literature have been reported. Specifically, the reactant injection ratio is normal-butane: oxygen: helium = 4: It was reported that the reaction at 540 ° C. at 8:88 gave 11.5% normal-butane conversion and 6.7% dehydrogenation product yield [OS. Owen, H. H. Kung, J. Mol. Catal., Vol. 79, p. 265 (1993)], Normal-Butane Oxidation at 540 ° C. with Unsupported Magnesium Orthovanadate Catalyst Under Reaction Injection Ratio Normal-Butane: Oxygen: Helium = 5: 10: 85 It was reported that red dehydrogenation reaction yielded a yield of 5.7% dehydrogenation reaction product [AA Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, Vol. 45, 65 (1998)]. Magnesium orthovanadate catalysts can enhance their activity when supported [A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, Vol. 45, 65 (1998)], in particular, magnesium orthovanadate catalysts supported on magnesia obtained by supporting vanadium in an excess of magnesia are generally reported, and magnesium orthovanadate catalysts supported on such magnesia are generally reported. Has been reported to exhibit good activity in the oxidative dehydrogenation of normal-butane [MA Chaar, D. Partel, H. H. Kung, J. Catal., Vol. 109, 463 (1988); O.S. Owen, H. H. Kung, J. Mol. Catal., Vol. 79, p. 265 (1993); A.A. Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, Vol. 45, 65 (1998)]. Specifically, the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia synthesized by mixing magnesium hydroxide in a mixed aqueous solution of ammonium vanadate and ammonia so that the ratio of magnesium and vanadium is 6: 1 was 600 ° C., and normal- in the reaction product. The oxidative dehydrogenation of normal-butane was carried out under a butane: oxygen: nitrogen ratio of 2: 1: 97, resulting in 30.4% normal-butane conversion, 70.6% dehydrogenation product selectivity, and 21.5%. It was reported that the yield of dehydrogenation reaction product was obtained [N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., Vol. 127, p. 63 (2009)], normal at 540 ° C. via magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia under a reaction ratio of normal-butane: oxygen: helium = 5: 10: 85 It was reported that a butane oxidative dehydrogenation reaction yielded a yield of 22.8% [AA Lemonidou, G.J. Tjatjopoulos, I.A. Vasalos, Catal. Today, Vol. 45, 65 (1998)]. In addition, a magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia and a 35.4% normal-butane conversion rate and 18.1 at a higher oxygen ratio than those described above (normal-butane: oxygen: helium = 5: 20: 75) Experimental results with% dehydrogenation yield were also reported [JM Lopez Nieto, A. Dejoz, M.J. Vazquez, W. O'Leary, J. Cunnungham, Catal. Today, 40, 215 (1998)].
마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에 첨가물을 혼합하여 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에의 활성을 향상시켜 높은 수율로 탈수소화 반응생성물인 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 얻을 수 있는 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 활용 방법에 관한 문헌이 보고되었는데[D. Bhattacharyya, S.K. Bej, M.S. Rao, Appl. Catal. A, 87권, 29쪽(1992)], 이 문헌에서는 25중량%의 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에 티타늄 옥사이드와 크로뮴옥사이드를 혼합하여, 570℃, 노르말-부탄:산소:질소 비율이 4:8:88인 조건에서 54.0%의 노르말-부탄 전환율 및 33.8%의 탈수소화 반응생성물 수율을 얻었음이 보고되었다.By adding the additive to the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia, the activity of the normal-butane in the oxidative dehydrogenation reaction can be enhanced to obtain the dehydrogenation reaction products normal-butene and 1,3-butadiene in high yield. Literature on the application of magnesium orthovanadate catalysts has been reported [D. Bhattacharyya, S.K. Bej, M.S. Rao, Appl. Catal. A, Vol. 87, p. 29 (1992)], in this document a mixture of titanium oxide and chromium oxide on a magnesium orthovanadate catalyst supported on 25% by weight of magnesia, 570 ° C., normal-butane: oxygen: nitrogen ratio It was reported that under this condition 4: 8: 88, a normal-butane conversion of 54.0% and a yield of dehydrogenation reaction product of 33.8% were obtained.
노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행하는 데 있어서, 상기의 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 사용하는 경우, 매우 높은 수율로 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응의 생성물인 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 얻을 수 있지만, 이를 상업적으로 적용하는 데에는 한계가 있다. 이는 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 경우, 활성은 매우 높지만 촉매 반응 과정상에서 가역적으로 이루어져야 하는 촉매의 산화-환원이 일부 비가역적으로 이루어져[N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., 127권, 63쪽(2009)], 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 높은 활성이 오랜 시간 유지되지는 않기 때문이다. In carrying out the oxidative dehydrogenation of normal-butane, when the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia is used, the normal-butane-butane is a product of the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane. Butene and 1,3-butadiene can be obtained, but there are limitations to their commercial application. This is because the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia is highly irreversible but the oxidation-reduction of the catalyst which has to be reversibly performed in the catalytic reaction process is partially irreversible [N. Kijima, M. Toba, Y. Yoshimura, Catal. Lett., Vol. 127, 63 (2009)], because the high activity of magnesium orthovanadate catalysts supported on magnesia is not maintained for a long time.
이에 본 발명자들은 지속적인 연구를 통해 종래의 기술에서 나타났던 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 시간에 따른 활성 감소나 기타 다른 바나듐계 산화물 촉매들의 낮은 활성 등의 문제점이 없이, 저렴하고 쉬운 공정을 통해 촉매를 제조할 수 있으면서도, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에의 활성이 높으며, 특히 반응이 진행되는 도중 촉매 활성의 변화가 없이 열적ㆍ화학적으로 안정한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하는 기법을 확립하고, 이렇게 제조된 촉매를 사용하여 안정적이고도 높은 수율로 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조할 수 있는 촉매 반응 공정을 최근 개발하였다[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)].Accordingly, the inventors of the present invention have developed a low-cost and easy process without problems such as reduced activity over time of the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia and low activity of other vanadium oxide catalysts. Magnesium orthovanadate supported by zirconia, which is capable of producing a catalyst but has a high activity of normal-butane in oxidative dehydrogenation reaction, and in particular, thermally and chemically stable without change in catalytic activity during the reaction. We have recently established a technique for preparing a catalyst and have recently developed a catalytic reaction process for producing normal-butene and 1,3-butadiene in a stable and high yield using the catalyst thus prepared [Song, In-Kyu, Ho-Won Lee, Yeon-Sik Cho, Young-Jin Cho] , Lee Jin-Seok, Jang Ho-Sik, Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011)].
상기 특허출원에서 본 발명자들은 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 지르코니아 담체를 겔-옥살레이트 방법에 의해 제조하고, 이에 마그네슘과 바나듐을 담지함으로써 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하여, 이를 통해 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 통해 안정적이고 높은 확률로 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 얻을 수 있는 촉매 공정을 개발하였다. 그러나 상기의 촉매 공정에서는 촉매로서 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 사용하는데, 종래 기술에 의한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에 비해 장기간 활성을 유지할 수 있으며, 비활성화된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 활성에 비해 높은 활성을 얻을 수 있다는 장점은 있지만, 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 초기 활성에 비해서는 그 활성이 낮다는 한계가 있다. 따라서 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 초기 활성을 포기하지 않고서도, 촉매의 활성을 유지할 수 있는 새로운 촉매 개발의 필요성이 제기되었다.In the above patent application, the present inventors prepare a zirconia carrier for the oxidative dehydrogenation reaction catalyst of normal-butane by gel-oxalate method, and prepare magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia by supporting magnesium and vanadium. In this way, a catalytic process capable of obtaining a stable and high probability of normal-butene and 1,3-butadiene through oxidative dehydrogenation of normal-butane was developed. However, in the above catalytic process, a magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia is used as a catalyst, which is capable of maintaining long-term activity compared to the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia according to the prior art, and inactivated magnesium orthosorbate. There is an advantage in that a high activity can be obtained compared to the activity of the nadate catalyst, but there is a limit that the activity is lower than the initial activity of the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia. Therefore, there is a need to develop a new catalyst that can maintain the activity of the catalyst without abandoning the initial activity of the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia.
이에 본 발명자들은 지속적인 연구를 통해 종래에 보고된 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와 본 발명자들에 의한 이전 특허출원기술[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037(2011년)]의 한계를 극복하기 위하여, 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 담체로서 활용하여, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 적용하여도 별다른 촉매의 비활성화 징후가 나타나지 않으면서도, 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매보다 높은 활성을 얻을 수 있는 산화적 탈수소화 반응 촉매용 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조방법을 발명하였다. 또한, 이에 따라 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 바나듐을 담지하는 간단한 공정을 통해, 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 산화적 탈수소화 반응에 대한 촉매의 안정성을 그대로 보유하고 있으면서도, 종래 기술에 의한 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 초기 활성에 비해 크게 떨어지지 않는 초기 활성을 얻을 수 있는 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하고, 이를 이용하여 노르말-부탄을 반응물로 사용하는 산화적 탈수소화 반응을 통해 높은 수율로 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조할 수 있었으며, 이를 기초로 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors have continued to study the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia as previously reported and previous patent application technology by the inventors In order to overcome the limitation of 2011-0021037 (2011), it is utilized as a carrier of magnesium orthovanadate catalyst, and when applied to the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane, there is no sign of deactivation of the catalyst. A method of preparing a magnesia-zirconia composite carrier for an oxidative dehydrogenation catalyst capable of obtaining higher activity than a magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia has been invented. In addition, while maintaining the stability of the catalyst to the oxidative dehydrogenation of the magnesium orthovanadate catalyst supported on the zirconia through a simple process of supporting the vanadium in the magnesia-zirconia composite carrier prepared according to the prior art The magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier, which can obtain the initial activity that does not fall significantly compared to the initial activity of the magnesium orthovanadate catalyst by using the same, was used as a reactant using normal-butane Through oxidative dehydrogenation, it was possible to prepare normal-butene and 1,3-butadiene in high yield, and based on this, the present invention was completed.
따라서 본 발명의 목적은 마그네슘 오르소바나데이트로 구성되는 활성성분을 담지하기 위한, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 적용하여도 마그네슘 오르소바나데이트의 활성이 저하되지 않으면서, 높은 활성을 얻을 수 있는 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high activity without degrading the activity of magnesium orthovanadate, even when applied to the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane for supporting the active ingredient consisting of magnesium orthovanadate. It is to provide a method for producing a magnesia-zirconia composite carrier obtainable.
본 발명의 다른 목적은, 본 발명에 따른 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응용 담체의 제조방법에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 마그네슘 오르소바나데이트 활성성분을 담지시키는 것을 포함하는, 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to carry a magnesium orthovanadate active ingredient on a magnesia-zirconia composite carrier prepared by the method for preparing a carrier for the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane according to the present invention, magnesia It is to provide a method for preparing a magnesium orthovanadate catalyst supported on a zirconia composite carrier.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 제조방법에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 마그네슘 오르소바나데이트를 담지한 촉매를 이용함으로써, 본 발명자들의 종래 특허출원기술[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에 의한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매 반응 공정의 안정성을 그대로 보유하고 있으면서도, 기존의 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 이용하는 공정에 비해 크게 뒤떨어지지 않는 초기 활성을 얻을 수 있는 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행하여, 높은 수율로 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to use a catalyst supporting magnesium orthovanadate in a magnesia-zirconia composite carrier prepared by the above-described manufacturing method. Lee, Jin-Seok, Jang Ho-Sik, and Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011)], while maintaining the stability of the magnesium orthovanadate catalyst reaction process supported on zirconia, magnesium orthovanadate supported on magnesia The present invention provides a method for preparing normal-butene and 1,3-butadiene in high yield by performing an oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane, which can obtain an initial activity which is not significantly inferior to a process using a catalyst.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조방법을 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention provides a process for producing a magnesia-zirconia composite carrier for an oxidative dehydrogenation catalyst of n-butane, comprising the steps of:
(a) 지르코늄 전구체와 옥살산을 각각 알코올에 용해시켜 지르코늄 알코올 용액과 옥살산 알코올 용액을 제조하는 단계;(a) dissolving a zirconium precursor and oxalic acid in alcohol to prepare a zirconium alcohol solution and an oxalic acid alcohol solution, respectively;
(b) 상기 (a)단계에서 제조한 지르코늄 알코올 용액과 옥살산 알코올 용액을 혼합하여 지르코니아를 합성하는 단계;(b) synthesizing zirconia by mixing the zirconium alcohol solution and the oxalic acid alcohol solution prepared in step (a);
(c) 상기 (b)단계에서 얻어진 결과의 용액으로부터 고체 성분인 지르코니아를 분리, 건조한 후 열처리하여, 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조를 위한 지르코니아를 얻는 단계; (c) separating, drying and heat-treating zirconia as a solid component from the resultant solution obtained in step (b) to obtain zirconia for the preparation of the magnesia-zirconia composite carrier;
(d) 상기 (c)단계에서 얻어진 지르코니아에 마그네슘염 수용액을 함침하는 단계; 및(d) impregnating an aqueous solution of magnesium salt in the zirconia obtained in step (c); And
(e) 상기 (d) 단계에서 얻어진 결과물을 건조한 후 열처리하여, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 마그네시아-지르코니아 복합담체를 얻는 단계.(e) drying and heat-treating the resultant obtained in step (d) to obtain a magnesia-zirconia composite carrier for oxidative dehydrogenation reaction catalyst of normal-butane.
상기 (a)단계에서 사용되는 지르코늄 전구체는 통상적으로 사용되는 전구체라면 어떠한 것도 사용가능한데, 일반적으로는 지르코늄의 클로라이드(Chloride) 전구체나 옥시나이트레이트(Oxynitrate) 전구체, 옥시클로라이드(Oxychloride) 전구체로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 지르코늄클로라이드(Zirconium Chloride)를 사용하는 것이 특히 바람직하다.The zirconium precursor used in step (a) can be used as long as it is a commonly used precursor, which is generally selected from a chloride precursor, an oxynitrate precursor, and an oxychloride precursor of zirconium. Preference is given to using at least one kind, particularly preferably to zirconium chloride.
상기 (a)단계에서 사용되는 옥살산으로는 상업적으로 쉽게 구입할 수 있는 시판품들을 제한없이 사용할 수 있는데, 예로서 옥살산 2수화물을 사용하는 것이 바람직하다.As the oxalic acid used in step (a), commercially available commercially available products can be used without limitation. For example, oxalic acid dihydrate is preferable.
상기 (a)단계에서 사용되는 알코올로서는, 지르코늄 전구체와 옥살산을 용해시킬 수 있다면 제한 없이 사용할 수 있는데, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 2-부탄올 등의 알코올이 바람직하고, 그 중에서도 특히 에탄올이 바람직하다.The alcohol used in the step (a) can be used without limitation as long as it can dissolve the zirconium precursor and oxalic acid, alcohols such as ethanol, propanol, butanol, 2-butanol are preferable, and ethanol is particularly preferable.
상기 (a)단계에서 각각 알코올에 용해되는 지르코늄 전구체와 옥살산은 지르코늄 1몰에 대해 옥살산 2몰 이상의 몰비로 사용되는 것이 바람직한데, 이는 지르코늄 이온을 지르코늄 옥살레이트로 모두 전환시키기 위해 필요한 옥살산의 양이 이론적으로 2배가 되기 때문이다. 따라서 지르코늄 이온의 전량을 지르코늄 옥살레이트로 전환시키기 위해 옥살산을 지르코늄 대비 2배 이상의 몰비로 얼마든지 사용가능하지만, 옥살산으로 인한 용매의 산성도 등 예측할 수 없는 변수가 발생할 가능성이 있어 지르코늄:옥살산=1:2∼5의 몰비로 사용하는 것이 바람직하다.In step (a), the zirconium precursor and the oxalic acid dissolved in the alcohol are preferably used in a molar ratio of 2 moles or more of oxalic acid with respect to 1 mole of zirconium, and the amount of oxalic acid required to convert all of the zirconium ions into zirconium oxalate is This is theoretically doubled. Therefore, oxalic acid can be used in more than twice the molar ratio of zirconium to convert the entire amount of zirconium ions into zirconium oxalate, but there are possibilities that unpredictable variables such as acidity of the solvent due to oxalic acid may occur. It is preferable to use in the molar ratio of 2-5.
상기 (b)단계에서 지르코늄 알코올 용액과 옥살산 알코올 용액의 혼합 방법에는 특별한 제한이 없으나, 지르코늄 옥살레이트 입자의 크기가 고르게 성장할 수 있도록, 혼합시, 각 용액의 혼합은 최대한 천천히 혼합되도록 하는 것이 바람직하고, 교반 용액의 온도는 상온에서 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어 옥살산 알코올 용액을 실린지에 담아, 실린지 펌프로 정교하게 속도를 조절하여 최대한 천천히 혼합되도록 지르코늄 알코올 용액에 주입하여, 지르코니아의 합성이 충분히 이루어지도록 상온에서 1∼12시간, 바람직하게는 3∼6시간 교반하면서 혼합하는 것이 바람직하다.There is no particular limitation on the method of mixing the zirconium alcohol solution and the oxalic acid alcohol solution in the step (b), so that the mixing of each solution is preferably mixed as slowly as possible so that the size of the zirconium oxalate particles can be evenly grown. It is preferable to keep the temperature of the stirring solution at room temperature. For example, the oxalic acid alcohol solution is put in a syringe and injected into a zirconium alcohol solution so as to be mixed as slowly as possible by precisely adjusting the speed with a syringe pump, so that the synthesis of zirconia is performed for 1 to 12 hours at room temperature, preferably 3 It is preferable to mix, stirring for 6 hours.
상기 (c)단계에서는, 상기 (b)단계에서 충분한 시간 동안 교반시킨 용액을 고체 성분이 침전되도록 충분한 시간동안 정치시켜 상 분리를 거친 후, 클로라이드 이온이 충분히 제거되도록 알코올로 여과하여 고체 시료를 얻는다. 예를 들어 여과기 또는 원심분리기 등을 통해 침전된 고체 성분을 알코올 용액으로부터 분리하여 고체 시료를 얻는다. 얻어진 고체 시료를 건조시키고, 건조된 고체 시료를 열처리하여 순수한 지르코니아를 얻는다.In the step (c), the solution stirred for a sufficient time in the step (b) is allowed to stand for a sufficient time to precipitate a solid component, and then subjected to phase separation, followed by filtration with alcohol to sufficiently remove chloride ions to obtain a solid sample. . For example, the solid component precipitated through a filter or centrifuge is separated from the alcohol solution to obtain a solid sample. The obtained solid sample is dried and the dried solid sample is heat treated to obtain pure zirconia.
상기 고체 시료의 건조의 목적은 시료를 얻는 분리 과정 이후 남아있는 알코올 및 수분을 제거하기 위한 것이므로, 일반적으로 알코올을 증발시킬 수 있는 온도를 하한으로 정하고, 또한 추가의 시료의 열에 의한 변화가 억제될 수 있는 온도를 상한으로 할 수 있고, 또한 건조 시간 역시 시료에서 알코올이 전부 제거될 것으로 예상되는 시간 범위 내에서 한정할 수 있다. 예를 들어 건조 온도는 50∼200℃, 바람직하게는 70∼120℃, 건조 시간은 3∼24시간, 바람직하게는 6∼12시간으로 정할 수 있다. Since the purpose of drying the solid sample is to remove the alcohol and water remaining after the separation process of obtaining the sample, generally set the temperature at which the alcohol can be evaporated as a lower limit, and further change by heat of the additional sample can be suppressed. The temperature which can be taken as an upper limit can also be made, and also drying time can also be limited within the time range in which alcohol is expected to be removed from a sample completely. For example, drying temperature is 50-200 degreeC, Preferably it is 70-120 degreeC, and drying time can be set to 3 to 24 hours, Preferably it is 6 to 12 hours.
그리고 상기 건조된 고체 시료를 열처리하는 것은 지르코늄 옥살레이트를 지르코니아로 합성하기 위한 것일 뿐 아니라 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응의 반응 온도를 감안하여, 제조된 담체에 담지된 촉매를 상기 반응에 사용할 때 촉매의 변성을 억제하기 위한 것으로, 예를 들어 전기로에 넣어 350∼800℃, 바람직하게는 500∼700℃의 온도에서 1∼12시간 동안, 바람직하게는 3∼6시간 동안 열처리하는데, 열처리 온도가 350℃ 미만이거나 열처리 시간이 1시간 미만인 경우에는 지르코늄 옥살레이트가 충분히 지르코니아로 합성되지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 800℃를 초과하거나 열처리 시간이 12시간을 초과하는 경우에는 지르코니아의 결정상이 변질하여, 담체로서 적합하게 사용되지 못할 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.The heat treatment of the dried solid sample is not only for synthesizing zirconium oxalate to zirconia, but also considering the reaction temperature of the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane, a catalyst supported on the prepared carrier may be used for the reaction. In order to suppress denaturation of the catalyst at the time, for example, put into an electric furnace and heat-treated for 1 to 12 hours, preferably 3 to 6 hours at a temperature of 350 to 800 ℃, preferably 500 to 700 ℃, heat treatment temperature Is less than 350 ° C. or the heat treatment time is less than 1 hour, the zirconium oxalate is not sufficiently synthesized into zirconia, which is undesirable. If the heat treatment temperature exceeds 800 ° C. or the heat treatment time exceeds 12 hours, the crystal phase of zirconia is deteriorated. This is not preferable because there is a possibility that it may not be suitably used as a carrier.
상기 (d)단계에서, 상기 (c)단계에 따른 방법으로 얻어진 순수한 지르코니아 위에 마그네시아를 형성시켜 마그네시아-지르코니아 복합담체를 제조하기 위해, 사용하는 마그네슘염으로는 통상적으로 사용되는 마그네슘을 포함한 염이라면 어떤 것이든 사용할 수 있으나, 염에 포함된 이온들의 영향을 최대한 줄이기 위해서, 함침, 건조 후에 열처리를 진행하는 도중에 음이온이 제거되는 마그네슘염이 바람직한데, 그 예로 마그네슘 나이트레이트(Magnesium Nitrate)를 지르코니아에 담지하여 마그네시아-지르코니아 복합담체를 얻기 위한 마그네슘염으로서 사용하는 것이 바람직하다. In the step (d), to form magnesia on the pure zirconia obtained by the method according to the step (c) to prepare the magnesia-zirconia composite carrier, as the magnesium salt used is a salt containing magnesium commonly used Any one can be used, but in order to minimize the effects of ions contained in the salt, magnesium salts in which anions are removed during the heat treatment after impregnation and drying are preferable. For example, magnesium nitrate is supported on zirconia. It is preferable to use as a magnesium salt to obtain the magnesia-zirconia composite carrier.
상기 (d)단계에서 마그네시아-지르코니아 복합담체를 얻기 위한 마그네슘염의 양은 특별한 제한이 없이 정할 수 있으나, 최종적으로 제조하고자 하는 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에서 담지할 바나듐 1몰에 대해 마그네슘은 1.5배 이상의 몰 비로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 마그네슘 오르소바나데이트가 화학식으로 볼 때, 바나듐 대비 마그네슘의 몰수가 1.5배가 되어, 이론적으로 마그네슘 오르소바나데이트를 형성시키기 위해서 최소 1.5배의 마그네슘이 필요하기 때문이다. 좀 더 바람직하게는 담지할 바나듐 1몰에 대해서, 마그네슘염을 3배 내지 7배 정도로 하는 것이 바람직한데, 하한을 정하는 이유는 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 형성되고 남은 마그네슘이 적절한 수준으로 존재해야 마그네시아가 마그네시아-지르코니아 복합담체로서 존재할 수 있기 때문이며, 상한을 정하는 이유는 마그네슘의 양이 너무 많으면 마찬가지로 마그네시아-지르코니아 복합담체에서 지르코니아의 성분비가 너무 적어져, 촉매의 안정성을 유지할 수 없게 되기 때문이다. The amount of magnesium salt for obtaining the magnesia-zirconia composite carrier in step (d) may be determined without particular limitation, but one mole of vanadium to be supported on the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier to be prepared finally Magnesium is preferably used at a molar ratio of 1.5 times or more, which is 1.5 times the molar ratio of magnesium to vanadium in terms of magnesium orthovanadate, theoretically at least 1.5 to form magnesium orthovanadate. Because you need a pear magnesium. More preferably, the amount of magnesium salt should be about 3 to 7 times for 1 mole of vanadium to be supported. The lower limit is that a magnesium orthovanadate catalyst is formed and the remaining magnesium must be present at an appropriate level of magnesia. May be present as a magnesia-zirconia composite carrier, and the upper limit is set in that if the amount of magnesium is too large, the component ratio of zirconia in the magnesia-zirconia composite carrier is too small to maintain the stability of the catalyst.
상기 (d)단계에서 마그네시아-지르코니아 복합담체를 이루는 마그네시아와 지르코니아의 성분비는 특별한 제한이 없으나, 본 발명의 목적인 높은 초기 활성을 장시간 안정적으로 유지할 수 있는 마그네슘 오르소바나데이트 촉매용 담체를 제조하기 위해서, 바람직하게는 마그네시아:지르코니아의 몰 비를 0.5∼16:1, 바람직하게는 0.5∼4:1 정도로 한정하는 것이 좋다.The component ratio of magnesia and zirconia forming the magnesia-zirconia composite carrier in step (d) is not particularly limited, but to prepare a carrier for magnesium orthovanadate catalyst which can stably maintain high initial activity for a long time. Preferably, the molar ratio of magnesia to zirconia is limited to 0.5 to 16: 1, preferably 0.5 to 4: 1.
상기 (d)단계에서 마그네슘염 수용액은 마그네슘염을 증류수에 용해시켜 제조할 수 있는데, 이때 수용액 중의 물의 양은 마그네슘염을 녹이는 데에 충분한 정도로만, 최대한 적게 사용하여 함침하는 것이 바람직하다.In the step (d), the aqueous magnesium salt solution may be prepared by dissolving the magnesium salt in distilled water, in which the amount of water in the aqueous solution is sufficient to dissolve the magnesium salt, preferably impregnated with as little as possible.
상기 (e)단계에서는, 상기 (d)단계에서 얻어진 결과물을 건조시키고, 건조된 고체 시료를 열처리하여, 산화적 탈수소화 반응용 마그네시아-지르코니아 복합담체를 얻는다.In step (e), the resultant obtained in step (d) is dried, and the dried solid sample is heat-treated to obtain a magnesia-zirconia composite carrier for oxidative dehydrogenation reaction.
상기 (e)단계에서의 건조의 목적은 지르코니아에 마그네슘염을 함침시킨 후 남아있는 수분을 제거하기 위한 것이므로, 일반적인 수분 건조 조건에 따라 건조 온도 및 건조 시간을 한정할 수 있는데, 예를 들어 건조 온도는 50∼200℃, 바람직하게는 70∼120℃, 건조 시간은 3∼24시간, 바람직하게는 6∼12시간으로 정할 수 있다.Since the purpose of drying in step (e) is to remove moisture remaining after impregnating zirconia with magnesium salt, the drying temperature and drying time can be defined according to general moisture drying conditions, for example, drying temperature. Is 50-200 degreeC, Preferably it is 70-120 degreeC, and drying time can be set as 3 to 24 hours, Preferably it is 6 to 12 hours.
또 상기 (e)단계에서 열처리는, 예를 들어 350∼800℃, 바람직하게는 500∼700℃의 온도범위에서 1∼12시간 동안, 바람직하게는 3∼6시간 동안 수행하는데, 이는 상기 열처리 온도가 350℃ 미만이거나 열처리 시간이 1시간 미만인 경우에는 마그네시아의 합성이 충분하게 이루어지지 않을 가능성이 있어 바람직하지 않고, 열처리 온도가 800℃를 초과하거나 열처리 시간이 12시간을 초과하는 경우에는 지르코니아가 변성될 염려가 있어 바람직하지 않기 때문이다.In the step (e), the heat treatment is performed for 1 to 12 hours, preferably for 3 to 6 hours in a temperature range of, for example, 350 to 800 ° C, preferably 500 to 700 ° C. Is less than 350 ° C. or the heat treatment time is less than 1 hour, there is a possibility that the synthesis of magnesia may not be sufficient, and zirconia is denatured when the heat treatment temperature exceeds 800 ℃ or the heat treatment time is more than 12 hours This is because there is a fear that it is not preferable.
상기와 같이 제조되는 마그네시아-지르코니아 복합담체를 이용하는, 본 발명에 따른 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:A process for producing a magnesium orthosubnadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier according to the present invention using the above-prepared magnesia-zirconia composite carrier comprises the following steps:
(i) 바나듐염 수용액을 상기한 제조방법으로 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 함침하는 단계;(i) impregnating the magnesia-zirconia composite carrier produced by the above-mentioned method with an aqueous vanadium salt solution;
(ii) 상기 (i)단계에서 얻어진 결과물을 건조 및 열처리하여 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하는 단계.(ii) drying and heat-treating the resultant product obtained in the step (i), thereby preparing a magnesium orsorbanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier.
본 발명의 촉매 제조방법에 사용되는 상기 바나듐염은 통상적으로 사용되는 바나듐염이라면 어떠한 것도 제한없이 사용할 수 있는데, 예를 들어 암모늄 메타바나데이트(Ammonium Metavanadate)를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 임의의 목적에 따라 통상적으로 사용되는 다른 바나듐염을 더 포함할 수 있다. 단, 바나듐염으로서 암모늄 메타바나데이트를 사용하는 경우, 암모늄 이온이 함침, 건조 후 열처리 과정을 통해서 제거되어 이온의 영향을 최대한으로 줄일 수 있기 때문에 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지하기 위한 바나듐염으로서 바람직하다.The vanadium salt used in the catalyst preparation method of the present invention can be any conventionally used vanadium salt without limitation. For example, it is preferable to use ammonium metavanadate, , But may further comprise other vanadium salts conventionally used for any purpose. However, when ammonium metavanadate is used as the vanadium salt, the ammonium ion is removed by impregnation, drying and heat treatment to reduce the influence of ions to the maximum, so that the vanadium salt is preferably used as the vanadium salt for carrying on the magnesia- Do.
그리고, 상기 바나듐염 수용액은 바나듐염을 옥살산 수용액에 용해시키거나 암모니아수에 용해시켜 제조할 수 있는데, 수용액 중의 물의 양은 각 염을 녹이는 데에 충분한 정도로만 사용하고, 각 염을 충분히 녹일 수 있는 범위내에서 최대한 적게 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 바나듐염의 용해를 돕기 위한 옥살산이나 암모니아수는 상업적으로 쉽게 구입할 수 있는 시판품들을 제한 없이 사용할 수 있는데, 예로서 옥살산 2수화물을 사용하는 것이 바람직하다.The vanadium salt aqueous solution can be prepared by dissolving the vanadium salt in an aqueous solution of oxalic acid or by dissolving it in ammonia water. The amount of water in the aqueous solution is used only to the extent sufficient to dissolve each salt, It is desirable to use as few as possible. At this time, oxalic acid or ammonia water to help dissolve the vanadium salt can be used commercially available commercially available products without limitation, for example, oxalic acid dihydrate is preferable.
상기 (ii)단계에서의 건조의 목적은 바나듐염을 함침한 후 남아있는 수분을 제거하기 위한 것이므로, 일반적인 수분 건조 조건에 따라 건조 온도 및 건조 시간을 한정할 수 있는데, 예를 들어 건조 온도는 50∼200℃, 바람직하게는 70∼120℃, 건조 시간은 3∼24시간, 바람직하게는 6∼12시간으로 정할 수 있다.Since the purpose of drying in step (ii) is to remove moisture remaining after impregnating vanadium salt, the drying temperature and drying time may be defined according to general moisture drying conditions, for example, the drying temperature is 50 -200 degreeC, Preferably it is 70-120 degreeC, and drying time can be set as 3 to 24 hours, Preferably it is 6 to 12 hours.
또한, 상기 (ii)단계에서 열처리는 바나듐염을 용해시키고, 함침하기 위한 옥살산을 제거하고, 나아가 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 바나듐염을 마그네슘 오르소바나데이트로서 합성하기 위한 목적으로 수행하는데, 350∼800℃, 바람직하게는 500∼700℃의 온도범위에서 1∼12시간 동안, 바람직하게는 3∼6시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 이는 상기 열처리 온도가 350℃ 미만이거나 열처리 시간이 1시간 미만인 경우에는 마그네슘 오르소바나데이트의 합성이 충분하지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 800℃를 초과하거나 열처리 시간이 12시간을 초과하는 경우에는 마그네시아-지르코니아 복합담체에서 지르코니아의 결정상이 변성될 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.In addition, the heat treatment in step (ii) is carried out for the purpose of dissolving the vanadium salt, removing oxalic acid for impregnation, and further synthesizing the vanadium salt supported on the magnesia-zirconia composite carrier as magnesium orthovanadate, It is preferably carried out for 1 to 12 hours, preferably for 3 to 6 hours in the temperature range of 350 to 800 ℃, preferably 500 to 700 ℃. This is not preferable because the synthesis of magnesium orthovanadate is not sufficient when the heat treatment temperature is less than 350 ° C. or when the heat treatment time is less than 1 hour, and when the heat treatment temperature exceeds 800 ° C. or when the heat treatment time exceeds 12 hours. It is not preferable because the magnesia-zirconia complex carrier may denature the crystal phase of zirconia.
상기와 같이 제조되는 본 발명의 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매는, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 있어서 종래 기술에 의한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매, 또는 본 발명자들의 이전 특허출원[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에서의 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 가지는 한계를 극복하기 위해, 특별한 방법에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아를 담체로 사용함으로써, 기존의 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트를 이용한 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 중 마그네슘 오르소바나데이트가 환원된 후 재산화되지 않는 단점을 억제시켜, 안정적으로 촉매의 수율을 유지시킬 수 있으며, 또한 상기 종래 특허출원기술에 의한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매보다 높은 활성을 얻을 수 있다. 그리고, 마그네시아-지르코니아 복합담체의 가공성의 문제가 없고, 반응조건에서 별도의 활성화 단계 없이 바로 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응의 수행이 가능하여 상용 공정에 직접 적용 가능하다.The magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier of the present invention prepared as described above is a magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia according to the prior art in the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane, Or overcome the limitations of the magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia in our previous patent applications [Song In-gyu, Lee Ho-won, Pyeong-sik, Young-jin Cho, Lee Jin-seok, Jang Ho-sik, Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011)] To this end, by using magnesia-zirconia prepared by a special method as a carrier, after magnesium orthovanadate is reduced during the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane using magnesium orthovanadate contained in conventional magnesia Suppresses the disadvantages that are not reoxidized and maintains the yield of catalyst stably. Number, and it is possible to obtain a magnesium climb noodles or higher activity than the catalysts supported on the zirconia date by the prior art patent art. In addition, there is no problem in the processability of the magnesia-zirconia composite carrier, and it is possible to directly perform an oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane without a separate activation step under the reaction conditions, and thus it is directly applicable to a commercial process.
본 발명은 또한 상기의 방법에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매상에서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 통해 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing n-butene and 1,3-butadiene through an oxidative dehydrogenation reaction of n-butane on a magnesium orthovanadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier produced by the above method .
상기 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응의 반응물은 노르말-부탄과 산소 및 질소를 포함하는 혼합기체로서, 노르말-부탄을 기준으로 하여 노르말-부탄:산소:질소가 부피비로 2∼10:0.5∼40:50∼97.5, 바람직하게는 4:2∼20:76∼94, 더욱 바람직하게는 4:2∼10:86∼94의 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 노르말-부탄과 산소 및 질소의 부피비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 중 부반응인 완전 산화반응이 많이 발생하거나, 촉매의 활성이 낮아지게 되고, 또한 공정의 안전성에 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.The reactant for the oxidative dehydrogenation reaction of n-butane is a mixed gas containing n-butane, oxygen and nitrogen, and is composed of n-butane, oxygen and nitrogen in a volume ratio of 2 to 10: It is preferably contained in a ratio of 40:50 to 97.5, preferably 4: 2 to 20:76 to 94, more preferably 4: 2 to 10:86 to 94. When the volume ratio of n-butane to oxygen and nitrogen is out of the above range, a complete oxidation reaction, which is a side reaction during the oxidative dehydrogenation reaction of n-butane, occurs frequently, the activity of the catalyst is lowered, Which is undesirable.
상기 혼합 기체 형태의 반응물을 반응기에 공급할 때, 반응물의 주입량은 질량유속조절기를 사용하여 조절할 수 있는데, 반응물의 주입량은 노르말-부탄을 기준으로 공간속도(GHSV : Gas Hourly Space Velocity)가 50∼5000h-1, 바람직하게는 500∼3000h-1, 더욱 바람직하게는 1000∼2000h-1이 되도록 촉매량을 설정하는 것이 바람직하다. 공간속도가 50h-1 미만인 경우에는 촉매의 반응이 한정된 구간에서 일어나면서 촉매의 반응 부산물로 인한 코킹(coking)이 발생하거나, 반응시 방출되는 열로 인하여 핫 스팟(hot spot)이 나타날 수 있어 바람직하지 않고, 5000h-1를 초과하는 경우에는 반응물이 촉매층을 지나가는 동안 촉매 작용이 충분히 일어날 수 없기 때문에 바람직하지 않다.When the reactant in the form of the mixed gas is supplied to the reactor, the amount of the reactant to be injected can be controlled by using a mass flow controller. The amount of the reactant to be injected is 50 to 5000 h (GHSV) -1 , preferably 500 to 3,000 h -1 , and more preferably 1000 to 2000 h -1 . When the space velocity is less than 50 h -1, coking due to reaction by-products of the catalyst may occur or a hot spot may be generated due to the heat released during the reaction, If it is more than 5000h < -1 & gt ;, the catalytic action can not sufficiently take place while the reactant passes through the catalyst layer.
상기 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 진행시키기 위한 반응 온도는 300∼800℃인 것이 바람직하고, 450∼600℃인 것이 더욱 바람직하며, 500℃를 유지하는 것이 가장 바람직하다. 상기 반응 온도가 300℃ 미만인 경우에는 노르말-부탄이 충분히 활성화되지 않아서 바람직하지 않고, 800℃를 초과하는 경우에는 노르말-부탄의 분해반응이 일어나서 바람직하지 않다.The reaction temperature for advancing the oxidative dehydrogenation reaction of the n-butane is preferably 300 to 800 ° C, more preferably 450 to 600 ° C, and most preferably 500 ° C. When the reaction temperature is lower than 300 ° C., n-butane is not fully activated, which is not preferable. When it exceeds 800 ° C., decomposition reaction of n-butane is undesirably caused.
상기 본 발명에 따르면 구성성분과 합성경로가 간단한 제조방법에 의해 쉽게 제조할 수 있는 지르코니아와 상용으로 쉽게 구할 수 있는 마그네슘염을 이용하여, 지르코니아 위에 마그네시아가 형성된 마그네시아-지르코니아 복합담체를 제조할 수 있으며, 이에 바나듐염을 이용하여, 높은 수율로 안정적으로 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔을 제조할 수 있는 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응용 마그네시아-지르코니아 복합담체를 기반으로 하는 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따라, 겔-옥살레이트 법에 의해 제조된 지르코니아에 마그네슘염을 담지하여 제조한 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 이용하면, 종래 기술에 의한 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 가지고 있었던 한계인 비활성화에 대한 문제를 해결할 수 있고, 종래 본 발명자들에 의한 특허출원 [송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에서 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 가지고 있었던 한계인 초기 활성이 낮은 문제를 극복하여, 높은 초기 활성을 지속적으로 얻을 수 있는, 안정적이고도 효율적인 반응을 수행하여 상용 공정에 바로 적용할 수 있는 촉매를 얻을 수 있다.According to the present invention, the magnesia-zirconia composite carrier having magnesia formed on zirconia can be prepared using zirconia, which is easily commercially available with zirconia, which can be easily prepared by a simple manufacturing method. Magnesium orsovana based on magnesia-zirconia complex carrier for oxidative dehydrogenation of normal-butane, which can stably prepare normal-butene and 1,3-butadiene in high yield using vanadium salt You can get a dating catalyst. According to the present invention, a magnesium orthovanadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier prepared by supporting magnesium salt in zirconia prepared by gel-oxalate method is used for oxidative dehydrogenation of normal-butane. The problem of deactivation, which is a limitation of the magnesium orthovanadate catalyst according to the prior art, can be solved, and a patent application by the present inventors [Song In Kyu, Lee Ho Won, Yoo Sik, Cho Young Jin, Lee Jin Seok, Jang Ho Sik, Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011)] overcomes the problem of low initial activity, which is the limitation of magnesium orthovanadate catalysts supported on zirconia, and provides a stable and efficient reaction that can continuously obtain high initial activity. It can be carried out to obtain a catalyst that can be applied directly to a commercial process.
또한 본 발명에 의하면, 석유화학산업에서 많은 석유화학제품의 중간체로서 전 세계적으로 그 수요와 가치가 점차 증가하고 있는 노르말-부텐과 1,3-부타디엔을 활용가치가 적은 노르말-부탄으로부터 제조할 수 있어, C4 유분의 고부가가치화를 이룰 수 있다. 또한 납사크래커를 신설하지 않고도 노르말-부텐과 1,3-부타디엔을 제조할 수 있는 단독 생산 공정을 확보하여, 늘어나는 노르말-부텐 및 1,3-부타디엔의 수요를 충족시킴으로써 경제적 이득을 얻을 수 있으며, 향후 시장 변화에 능동적으로 대처할 수 있다는 장점이 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture normal-butane and low-use value of normal-butene and 1,3-butadiene, which are gradually increasing in demand and value worldwide as an intermediate of many petrochemical products in the petrochemical industry. As a result, it is possible to achieve high added value of the C4 fraction. In addition, by securing a single production process for the production of normal-butene and 1,3-butadiene without the addition of naphtha crackers, economic benefits can be obtained by meeting the growing demand for normal-butene and 1,3-butadiene. The advantage is that it can proactively cope with future market changes.
도 1은 본 발명의 제조예 1, 2, 3에 따른 방법에 의해 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매들의 X-선 회절 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 비교 제조예 1, 2에 따른 방법에 의해 제조된 본 발명자들에 의한 종래 특허출원[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에 의한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와 종래 기술에 의한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 X-선 회절 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1, 2에 따른, 본 발명에 의한 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와, 본 발명자들의 종래 특허출원[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에 의한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매, 및 종래 기술에 의한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매 상에서 각각 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 24시간 수행한 후, 각 촉매들의 반응에 대한 활성 차이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1, 2에 따른, 본 발명에 의한 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와, 본 발명자들의 종래 특허출원[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에 의한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매, 및 종래 기술에 의한 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매상에서의 각각의 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 대한 시간에 따른 활성 변화와 그 차이를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of magnesium orthovanadate catalysts supported on magnesia-zirconia composite carriers prepared by the methods according to Preparation Examples 1, 2 and 3 of the present invention.
Figure 2 is a conventional patent application by the present inventors prepared by the method according to Comparative Preparation Examples 1, 2 of the present invention [Song In-gyu, Lee Ho-won, Pyeong Sik, Young-jin Cho, Lee Jin-seok, Jang Ho-sik, Republic of Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011 X-ray diffraction analysis results of magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia and magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia according to the prior art.
3 is a magnesium orthovanadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, and the present inventors of the present invention [Song In-gyu, Lee Ho-won, Flexible type] , Myung-Joo Cho, Jin-Suk Lee, Ho-Sik Jang, Korean Patent Application 10-2011-0021037 (2011)], on magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia, and magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia according to the prior art, respectively. After performing the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane for 24 hours, it is a graph which shows the difference in activity for reaction of each catalyst.
4 is a magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, and the present inventors of the present invention [Song In-gyu, Lee Ho-won, Flexible type , Myung-Joo Cho, Jin-Seok Lee, Ho-Sik Jang, Korean Patent Application 10-2011-0021037 (2011)], on magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia, and magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia according to the prior art. It is a graph showing the change in activity over time and the difference between the oxidative dehydrogenation of each normal-butane.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예들은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, these embodiments are for illustrative purposes only, and the present invention is not limited to these embodiments.
[제조예 1][Production Example 1]
겔-옥살레이트 법에 따른 지르코니아의 제조Preparation of Zirconia by Gel-Oxalate Method
10g의 지르코니아의 제조를 위해 지르코늄 클로라이드 18.9g을 에탄올(1000ml)에 용해시켜 지르코늄 에탄올 용액을 만들고, 동시에 옥살산 2수화물 24.6g을 에탄올(200ml)에 용해시켜 옥살산 에탄올 용액을 만들었다. 충분히 용해시킨 두 용액을 실린지 펌프를 이용하여 옥살산 에탄올 용액이 최대한 천천히 지르코늄 에탄올 용액에 주입되도록 하여 혼합해준 후 충분히 교반해주었다. 상기의 혼합용액은 충분한 교반이 이루어지도록 자력교반기를 이용하여 상온에서 3시간 교반시킨 후, 다시 상 분리를 위해 상온에서 12시간 동안 방치하였다. 클로라이드 등의 불필요한 이온을 제거하기 위해 상분리된 혼합용액에서 에탄올 용액을 거르고, 다시 에탄올 용액으로 세척ㆍ교반하는 과정을 여러 번 거친 후 최종적으로 침전된 용액을 원심분리기로 거르고, 얻어진 고체 시료를 80℃에서 12시간 건조시켰다. 생성된 고체 시료를 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 3시간 열처리함으로써 단일상의 겔-옥살레이트 법에 따라 제조된 지르코니아를 제조하였다. To prepare 10 g of zirconia, 18.9 g of zirconium chloride was dissolved in ethanol (1000 ml) to make a zirconium ethanol solution, while 24.6 g of oxalic acid dihydrate was dissolved in ethanol (200 ml) to make an oxalic acid ethanol solution. The two solutions that were sufficiently dissolved were injected into the zirconium ethanol solution as slowly as possible by injecting the oxalic acid ethanol solution using a syringe pump, followed by stirring. The mixed solution was stirred at room temperature for 3 hours using a magnetic stirrer so that sufficient stirring was performed, and then left for 12 hours at room temperature for phase separation. The ethanol solution is filtered in a phase-separated mixed solution to remove unnecessary ions such as chloride, and then washed and agitated with an ethanol solution several times. The finally precipitated solution is filtered with a centrifuge, and the obtained solid sample is heated to 80 ° C Lt; / RTI > for 12 hours. The resulting solid sample was heat treated for 3 hours at 550 ° C. in an electric furnace in an air atmosphere to prepare zirconia prepared according to the single-phase gel-oxalate method.
[제조예 2][Production Example 2]
마그네슘염의 담지를 통한 3종의 마그네시아-지르코니아 복합담체 제조Preparation of Three Magnesia-Zirconia Composite Carriers by Supporting Magnesium Salts
상기 제조예 1에 의한 겔-옥살레이트 법에 따른 방법으로 제조ㆍ준비된 지르코니아에 마그네슘염을 담지하여 마그네시아-지르코니아 복합담체를, 마그네시아:지르코니아의 몰비를 4:1, 2:1, 1:1로 달리하여 3종의 담체를 제조하였다. 구체적인 제조방법은 다음과 같다. Magnesia-zirconia composite carrier was prepared by supporting magnesium salt in zirconia prepared and prepared by the method according to the gel-oxalate method according to Preparation Example 1, and the molar ratio of magnesia: zirconia was 4: 1, 2: 1, 1: 1. Differently three carriers were prepared. Specific manufacturing method is as follows.
3g의 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조를 위하여, 4.7g, 7.5g, 10.8g의 마그네슘 나이트레이트 6수화물을 소량의 증류수에 각각 용해시키고, 각각의 수용액을 상기 제조예 1에 의한 방법으로 제조된 지르코니아 2.3g, 1.8g, 1.3g과 함께 일반적인 초기함침법에 의한 방법으로 혼합해주었다. 마그네슘을 담지한 지르코니아 시료는 80℃에서 12시간 건조시킨 후, 생성된 고체 시료를 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 3시간 열처리함으로써 마그네슘염이 마그네시아로 형성되도록 하였다. In order to prepare 3 g of magnesia-zirconia composite carrier, 4.7 g, 7.5 g, and 10.8 g of magnesium nitrate hexahydrate were dissolved in a small amount of distilled water, respectively, and each aqueous solution was prepared by the method according to Preparation Example 1. 2.3g, 1.8g and 1.3g were mixed by the general initial impregnation method. The magnesium-containing zirconia sample was dried at 80 ° C. for 12 hours, and the resultant solid sample was heat-treated at an air temperature of 550 ° C. for 3 hours to form magnesium salts with magnesia.
[제조예 3][Production Example 3]
3종의 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조Preparation of Magnesium Orthovanadate Catalyst Supported on Three Magnesia-Zirconia Composite Carriers
상기 제조예 2에 의한 방법으로 얻어진 마그네시아-지르코니아 복합 담체 3g에 오산화바나듐 기준 담지량이 16중량%가 되도록, 암모늄 바나데이트 0.74g을 옥살산 1.6g을 용해한 소량의 옥살산 수용액에 용해시켜 함침한 후 80℃에서 12시간 건조하여, 고체 시료를 얻은 후, 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 3시간 열처리함으로써 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하였다. 상기 과정을 통해서 제조한 촉매를 마그네시아:지르코니아의 몰 비(4:1, 2:1, 1:1)에 따라 각각 VMgO/MgZrO4, VMgO/MgZrO2, VMgO/MgZrO1로 명명하였다. 0.74 g of ammonium vanadate was dissolved in a small amount of an aqueous solution of oxalic acid dissolved in 1.6 g of oxalic acid, and impregnated with 80 g of vanadium pentoxide in 3 g of the magnesia-zirconia composite carrier obtained by the method of Preparation Example 2, followed by impregnation. After drying for 12 hours to obtain a solid sample, the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier was prepared by maintaining the temperature of 550 ℃ in an air atmosphere electric furnace for 3 hours. The catalyst prepared through the above process was named VMgO / MgZrO 4 , VMgO / MgZrO 2 , VMgO / MgZrO 1 , respectively, according to the molar ratio of magnesia: zirconia (4: 1, 2: 1, 1: 1).
X-선 회절 분석을 통하여 제조된 촉매의 상을 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제조예 1, 2, 3에 의한 방법으로 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 표면 분석 결과, 촉매들은 모두 단사정계 지르코니아와 마그네시아의 두 상이 혼합된 담체에 마그네슘 오르소바나데이트의 특징적인 작은 세기의 피크들이 조금씩 발달한 상으로서 존재하는 것으로 추측되나, 단사정계 지르코니아나 마그네시아의 특성상이 아주 잘 발달되어 확인하기 쉬운데 비해, 마그네슘 오르소바나데이트는 그의 특성상이 넓은 범위에 걸쳐서 작은 세기로 관찰되기 때문에 해당 범위에 작은 상들이 넓게 분포하고 있는 것만 확인해서는 정확한 상을 확인할 수는 없었다.The phase of the prepared catalyst was confirmed through X-ray diffraction analysis, and the results are shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, as a result of the surface analysis of the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier prepared by the method of Preparation Examples 1, 2, and 3 of the present invention, the catalysts were all monoclinic zirconia and magnesia. It is speculated that the characteristic small intensity peaks of magnesium orthovanadate are present as a slightly developed phase in the mixed carrier of two phases, but the properties of monoclinic zirconia and magnesia are very well developed and easy to confirm. Sovanadate is observed in a small intensity over a wide range of characteristics, so it was not possible to confirm the exact image only by confirming the wide distribution of small phases in the range.
제조예 1, 2, 3에 의한 방법으로 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 성분비와 표면적을 ICP 원소분석 및 BET 표면적 분석을 통해 확인하였으며, 이 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타난 바와 같이 촉매의 원소 성분비 분석 결과, 촉매의 제조 시 계산한 이론값에 근접하게 나왔으므로 X-선 회절 분석 결과에서는 확인할 수 없었으나, 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 형성을 판단할 수 있었다.The component ratio and surface area of the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier prepared by the method according to Preparation Examples 1, 2, and 3 were confirmed by ICP elemental analysis and BET surface area analysis. Indicated. As shown in Table 1, the analysis of the elemental component ratio of the catalyst showed close to the theoretical value calculated during the preparation of the catalyst, which could not be confirmed by the X-ray diffraction analysis, but the formation of magnesium orthovanadate catalyst could be judged. there was.
[표 1] [Table 1]
[비교 제조예 1] Comparative Preparation Example 1
지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조Preparation of Magnesium Orthovanadate Catalyst Supported on Zirconia
본 발명에 의한 마그네시아-지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와의 비교를 위해서, 본 발명자들의 종래 특허출원[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에 의한 방법으로 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하였다. 촉매의 제조방법은 다음과 같다. For comparison with the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia-zirconia according to the present invention, the present inventors of the present invention [Song In Kyu, Lee Ho Won, Yoo Sik, Cho Young Jin, Lee Jin Seok, Jang Ho Sik, Korea Patent Application 10-2011-0021037 ( 2011)] to prepare a magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia. The preparation method of the catalyst is as follows.
상기 제조예 1에 의한 겔-옥살레이트 법에 따른 방법으로 제조ㆍ준비된 지르코니아 2.6g에 마그네슘 나이트레이트 6수화물 2.4g을 소량의 증류수에 용해한 마그네슘염 수용액을 함침법에 의한 방법으로 혼합하였다. 이때 마그네슘염의 중량은 마그네슘 오르소바나데이트의 형성만을 위한 양으로서 촉매가 최종적으로 만들어진 이후 마그네시아로서 존재하는 마그네슘은 없는 것으로 판단하였다. 마그네슘을 담지한 지르코니아 시료는 80℃에서 12시간 건조시킨 후, 생성된 고체 시료를 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 3시간 열처리함으로써 마그네슘염이 마그네시아로 형성되도록 하였다. 얻어진 마그네시아-지르코니아 복합담체 3g에 오산화바나듐 기준 담지량이 16중량%가 되도록, 암모늄 바나데이트 0.74g을 옥살산 1.6g을 용해한 소량의 옥살산 수용액에 용해시켜 함침한 후 80℃에서 12시간 건조하여, 고체 시료를 얻은 후, 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 3시간 열처리함으로써 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하였다. 상기 과정을 통해서 제조한 촉매를 VMgO/ZrO2로 명명하였다. To 2.6 g of zirconia prepared and prepared by the method according to the gel-oxalate method according to Preparation Example 1, an aqueous magnesium salt solution in which 2.4 g of magnesium nitrate hexahydrate was dissolved in a small amount of distilled water was mixed by the impregnation method. At this time, the weight of the magnesium salt was only for the formation of magnesium orthovanadate, and it was determined that there was no magnesium present as magnesia since the catalyst was finally made. The magnesium-containing zirconia sample was dried at 80 ° C. for 12 hours, and the resultant solid sample was heat-treated at an air temperature of 550 ° C. for 3 hours to form magnesium salts with magnesia. 0.74 g of ammonium vanadate was dissolved in a small amount of an aqueous solution of oxalic acid containing 1.6 g of oxalic acid so that 3 g of the resulting magnesia-zirconia composite carrier was 16 wt% of vanadium pentoxide, and impregnated, followed by drying at 80 ° C. for 12 hours. After obtaining, the magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia was prepared by heat treatment for 3 hours while maintaining the temperature of 550 ℃ in an electric furnace of an air atmosphere. The catalyst prepared through the above process was named VMgO / ZrO 2 .
[비교 제조예 2] [Comparative Production Example 2]
마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 제조Preparation of Magnesium Orthovanadate Catalyst Supported in Magnesia
본 발명에 의한 마그네시아-지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와의 비교를 위해서, 종래 기술에 의한 방법으로 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 제조하였다. 촉매의 제조방법은 다음과 같다. For comparison with the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia-zirconia according to the present invention, a magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia was prepared by a conventional technique. The preparation method of the catalyst is as follows.
전체 촉매에서 오산화바나듐 기준 중량%가 16중량%가 되도록 암모늄 메타바나데이트를 0.74g 정량하여, 암모니아수에 용해한 후 촉매의 담체로서 상업적으로 구매할 수 있는 마그네시아 3g에 함침하였다. 얻어진 시료는 80℃에서 12시간 건조하여, 고체 시료를 얻은 후, 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 3시간 열처리함으로써 마그네시아와 바나듐 이온이 반응하여 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매로 형성되도록 하였다. 얻어진 촉매를 VMgO/MgO로 명명하였다.0.74 g of ammonium metavanadate was quantified in an amount of vanadium pentoxide based on 16% by weight of the total catalyst, dissolved in ammonia water, and then impregnated with 3 g of magnesia, which is commercially available as a carrier for the catalyst. The sample obtained was dried at 80 ° C. for 12 hours to obtain a solid sample, followed by heat treatment for 3 hours at 550 ° C. in an electric furnace in an air atmosphere, whereby magnesium and vanadium ions reacted with magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia. It was formed to be. The obtained catalyst was named VMgO / MgO.
도 2에 비교 제조예 1에 따른 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 X-선 회절 분석 결과와, 비교 제조예 2에 따른 방법으로 제조된 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 X-선 회절 분석 결과를 같이 나타내었다. 도 1과 마찬가지로 담체인 지르코니아와 마그네시아의 특성상은 잘 확인할 수 있으나, 촉매의 활성성분인 마그네슘 오르소나바데이트상은 특성상 자체가 넓은 범위에 작은 상으로 얻어지기 때문에 확인할 수 없었다. 도 2에서는 비교 제조예 1의 방법으로 만든 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 X-선 회절 무늬 분석 결과에서 마그네시아의 고유 특성상이 나타나지 않았기 때문에, 제조시, 담지한 모든 마그네슘이 마그네슘 오르소바나데이트 촉매상을 형성하는데 사용된 것으로 판단한 것이 결과적으로도 잘못된 것이 아님을 알 수 있다. 이에 따라 비교 제조예 1에 의한 방법으로 제조된 촉매의 경우, 본 발명에 의한 마그네시아-지르코니아 복합담체와는 차별된 것으로 판단하였다. X-ray diffraction analysis results of the magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia according to Comparative Preparation Example 1 and X of the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia prepared by the method according to Comparative Preparation Example 2 The results of the line diffraction analysis are shown together. As shown in FIG. 1, the characteristics of the carriers of zirconia and magnesia can be well confirmed, but the magnesium orthovanadate phase, which is an active ingredient of the catalyst, could not be identified because it is obtained as a small phase in a wide range. In FIG. 2, since the X-ray diffraction pattern analysis result of the magnesium orthovanadate catalyst supported on the zirconia made by the method of Comparative Preparation Example 1 did not show the intrinsic properties of magnesia, all the supported magnesium during manufacture was magnesium orsoba Judging from the fact that it was used to form the nadate catalyst phase is consequently not wrong. Accordingly, the catalyst prepared by the method according to Comparative Preparation Example 1 was determined to be different from the magnesia-zirconia composite carrier according to the present invention.
비교 제조예 1에 따른 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와 비교 제조예 2에 따른 방법으로 제조된 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 성분비와 표면적을 ICP 원소분석 및 BET 표면적 분석을 통해 확인하였으며, 이 결과를 표 2에 나타내었다. ICP elemental analysis and BET surface area analysis were performed on the component ratios and surface areas of the magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia according to Comparative Preparation Example 1 and the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia prepared by Comparative Preparation Example 2. It was confirmed through, and the results are shown in Table 2.
표 2에 나타난 바와 같이 촉매의 원소 성분비 분석 결과, 촉매의 제조시 계산한 이론값에 근접하게 나왔으므로 X-선 회절 분석 결과에서는 확인할 수 없었으나, 별다른 V를 포함하는 상이 발견되지 않은 결과에 더하여, 마그네슘 오르소바나데이트 상이 형성되었지만 특성상의 특징에 따라 X-선 회절 무늬가 작아서 확인을 못하였을 뿐, 무난하게 마그네슘 오르소바나데이트로 형성된 것으로 판단하였다.As shown in Table 2, the analysis of the elemental component ratio of the catalyst showed close to the theoretical value calculated during the preparation of the catalyst, which could not be confirmed by the X-ray diffraction analysis. , Magnesium orthovanadate phase was formed, but according to the characteristics of the X-ray diffraction pattern was not confirmed because of the small, it was determined that it was formed with magnesium orthovanadate.
[표 2] [Table 2]
[실시예 1]Example 1
연속 흐름식 촉매 반응기를 통한 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응Oxidative dehydrogenation of n-butane via continuous-flow catalytic reactor
제조예 3의 방법에 의해 제조한 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 사용하여 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행하였으며 구체적인 반응 실험 조건은 다음과 같다.The oxidative dehydrogenation of normal-butane was carried out using a magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier prepared by the method of Preparation Example 3, and specific reaction experimental conditions are as follows.
본 실시예 1에서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 사용한 반응물은 99.4중량%의 노르말-부탄을 포함한 C4 혼합물로서 그 조성을 하기 표 3에 나타내었다. The reactant used in the oxidative dehydrogenation of normal-butane in Example 1 is a C4 mixture containing 99.4% by weight of normal-butane, and its composition is shown in Table 3 below.
[표 3][Table 3]
반응물로서 C4 혼합물은 산소, 질소와 함께 혼합 기체의 형태로 주입되었다. As a reactant, the C4 mixture was injected in the form of a mixed gas with oxygen and nitrogen.
반응물의 구성 비율은 C4 혼합물 내의 노르말-부탄양을 기준으로 설정하였는데, 노르말-부탄:산소:질소의 비율이 4:8:88이 되도록 설정하였다.The composition ratio of the reactants was set based on the normal-butane amount in the C4 mixture, with the ratio of normal-butane: oxygen: nitrogen being 4: 8: 88.
상기 반응은, 촉매반응을 위해 일자형 쿼츠 반응기에 촉매 분말을 고정시키고, 반응기를 전기로 안에 설치하여 촉매층의 반응온도를 일정하게 유지한 후, 반응물이 반응기 안의 촉매층을 연속적으로 통과하면서 반응이 진행되도록 하였다.In the reaction, the catalyst powder is fixed in a straight quartz reactor for catalytic reaction, the reactor is installed in an electric furnace to maintain a constant reaction temperature of the catalyst bed, and the reaction proceeds continuously while passing the catalyst bed in the reactor. It was.
반응물의 주입 속도는 노르말-부탄을 기준으로 2000h-1이 되도록 촉매의 양을 설정하여 반응하였다. 반응물을 흘려주기 전에 질소와 산소를 흘려주면서 고정층 반응기의 온도를 상온에서 500℃로 승온하여 촉매를 활성화시킨 후, 반응물인 노르말-부탄을 흘리면서 반응 온도는 고정층 반응기의 촉매 층 온도가 500℃가 되도록 유지하여 반응을 수행하였다. 반응 후 생성물에는 본 반응의 주생성물인 노르말-부텐과 1,3-부타디엔 이외에, 완전 산화로 인한 이산화탄소나 크래킹에 의한 부산물, 이성질화 반응에 의한 부산물 등의 부산물과 미반응한 노르말-부탄이 포함되어 있으므로 이를 분리, 분석하기 위해 가스크로마토그래피를 이용하였다. 지르코니아 혹은 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매상에서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응에 의한 노르말-부탄의 전환율, 탈수소화 반응생성물의 선택도 및 탈수소화 반응생성물의 수율은 다음의 수학식 1, 2 및 3에 의해 계산하였다.The injection rate of the reactants was reacted by setting the amount of catalyst to be 2000 h −1 based on normal-butane. The temperature of the fixed-bed reactor was raised from room temperature to 500 ° C by flowing nitrogen and oxygen before flowing the reactant, and the catalyst was activated so that the reaction temperature of the catalyst bed temperature of the fixed bed reactor was 500 ° C And the reaction was carried out. After the reaction, the products include normal-butene and 1,3-butadiene, which are the main products of the reaction, and non-reacted normal-butane by-products such as carbon dioxide due to complete oxidation, by-product from cracking, and by-product from isomerization reaction. As a result, gas chromatography was used to separate and analyze them. The conversion of normal-butane, the selectivity of the dehydrogenation reaction product, and the yield of the dehydrogenation reaction product on the magnesium orthovanadate catalyst supported on zirconia or magnesia are given by the following equation. Calculated by 2 and 3.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 3]&Quot; (3) "
제조예 3에 의해 제조된 3종의 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매상에서 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 24시간 동안 수행하였으며, 반응이 진행된지 24시간째의 반응 실험 결과를 표 4와 도 3에 나타내었고, 24시간 동안의 시간에 따른 반응 활성 추이를 도 4에 나타내었다.The oxidative dehydrogenation of normal-butane was carried out for 24 hours on a magnesium orthovanadate catalyst supported on three magnesia-zirconia composite carriers prepared in Preparation Example 3, and the reaction proceeded 24 hours after the reaction proceeded. The experimental results are shown in Table 4 and FIG. 3, and the reaction activity trends with time for 24 hours are shown in FIG. 4.
[표 4][Table 4]
[비교예 1] Comparative Example 1
지르코니아에On zirconia 담지된Supported 마그네슘 magnesium 오르소바나데이트Orthovanadate 촉매들의 Of catalysts 산화적Oxidative 탈수소화 반응 활성 Dehydrogenation activity
본 발명의 실시예 1에 의한 방법으로 수행한 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매들을 통한 산화적 탈수소화 반응의 활성 결과와의 비교를 위하여, 비교 제조예 1에 의한 방법으로 제조된 본 발명자들의 종래 특허출원에서 보고된 순수한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 사용하여, 실시예 1에 의한 순서로 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행하였다. 비교예 1에 의한 반응 실험 결과는 표 5에 나타내었으며, 표 5에 나타낸 결과는 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 통한 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 실시예 1에서와 같이 24시간 동안 수행한 이후의 반응 결과이다.For comparison with the activity result of the oxidative dehydrogenation reaction through the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier carried out by the method according to Example 1 of the present invention, by the method according to Comparative Preparation Example 1 The oxidative dehydrogenation of normal-butane was carried out in the order according to Example 1, using a magnesium orthovanadate catalyst supported on pure zirconia, reported in the inventors' prior patent application. The results of the reaction experiments according to Comparative Example 1 are shown in Table 5, and the results shown in Table 5 were carried out in the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane through magnesium orthovanadate catalyst loaded on zirconia as in Example 1 The result of the reaction after performing for a time.
[표 5][Table 5]
순수한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 산화적 탈수소화 반응에 사용한 경우, 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에서 순수한 지르코니아 담체와 마그네시아-지르코니아 복합담체가 반응 활성에 미치는 차이를 관찰하기 위하여 실시예 1 및 비교예 1에 의한 반응 실험 결과를 비교하였으며, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 24시간 동안 수행한 이후의 반응 실험 결과를 표 6과 도 3에 함께 나타내었다.When the magnesium orthovanadate catalyst supported on pure zirconia and the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia-zirconia composite carrier were used for oxidative dehydrogenation reaction, the pure zirconia carrier and magnesia-zirconia on magnesium orthovanadate catalyst The results of the reaction experiments according to Example 1 and Comparative Example 1 were compared to observe the difference of the complex carriers on the reaction activity, and the results of the reaction experiments after the oxidative dehydrogenation of normal-butane for 24 hours were performed. 6 and 3 together.
[표 6]TABLE 6
표 6과 도 3을 살펴보면, 각 촉매에 의해 진행된 촉매 활성 실험에서 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 경우, 3종의 촉매 모두 순수한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매보다 높은 활성을 나타내며, 이에 따라 마그네시아-지르코니아 복합담체가 순수한 지르코니아 담체보다 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 담체로서 더 적합한 것으로 판단되었다. 이는 마그네시아-지르코니아 복합담체의 경우, 순수한 마그네시아를 담체로 사용한 촉매와 순수한 지르코니아를 담체로 사용한 촉매의 두 촉매의 장점이 마그네시아와 지르코니아를 혼합한 담체를 사용함으로써 시너지 효과를 나타낸 것으로 생각되었다. 본 발명자들의 종래 특허출원[송인규, 이호원, 유연식, 조영진, 이진석, 장호식, 대한민국 특허출원 10-2011-0021037 (2011년)]에서, 순수한 마그네시아를 담체로 사용하는 경우 높은 초기 활성을 얻을 수 있지만 비활성화가 심하게 나타나는 반면에, 순수한 지르코니아를 담체로 사용하면 안정된 활성을 얻을 수 있지만, 마그네시아를 담체로 사용하였을 경우보다 낮은 활성에 만족해야 했다. 이와 달리, 본 발명에 따른 두 담체가 혼합된 형태인 마그네시아-지르코니아 복합담체를 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 담체로서 사용하면, 순수한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매보다 높은 활성을 얻을 수 있는데, 이는 전술한 바와 같이 담체에 포함된 마그네시아에 의한 시너지 효과로 예측되며, 이는 본 발명에 따른 마그네시아-지르코니아 복합담체의 효과로서, 본 발명에 의해서 종래의 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매보다 높은 활성을 기대할 수 있게 되었다. Referring to Table 6 and FIG. 3, in the case of the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier in the catalytic activity experiment conducted by each catalyst, all three types of magnesium orthovanadate catalysts supported on pure zirconia It showed higher activity, and thus the magnesia-zirconia complex carrier was judged to be more suitable as a carrier for the catalyst for oxidative dehydrogenation of normal-butane than a pure zirconia carrier. In the case of the magnesia-zirconia composite carrier, it was thought that the advantages of two catalysts, a catalyst using pure magnesia as a carrier and a catalyst using pure zirconia as a carrier, showed synergistic effects by using a carrier mixed with magnesia and zirconia. In the prior patent application of the present inventors [Song In-gyu, Lee Ho-won, Pyeon-sik, Young-jin Cho, Lee Jin-seok, Jang Ho-sik, Republic of Korea Patent Application 10-2011-0021037 (2011)], the use of pure magnesia as a carrier can obtain a high initial activity but inactivated On the other hand, when pure zirconia is used as a carrier, stable activity can be obtained, but lower activity was required than when magnesia was used as a carrier. On the contrary, when the magnesia-zirconia composite carrier in the form of a mixture of two carriers according to the present invention is used as a carrier of magnesium orthovanadate catalyst, it is possible to obtain higher activity than magnesium orthovanadate catalyst supported on pure zirconia. It is expected that the synergistic effect of the magnesia contained in the carrier as described above, which is an effect of the magnesia-zirconia complex carrier according to the present invention, than the magnesium orthovanadate catalyst supported in the conventional zirconia by the present invention High activity can be expected.
도 3에 하기 비교예 2에 따라 수행된 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 산화적 탈수소화 반응의 결과도 나타내었지만, 다른 4종의 촉매에 비해 매우 낮은 활성을 가지고 있어, 별다른 언급은 하지 않는다.3 shows the results of the oxidative dehydrogenation of the magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia carried out according to Comparative Example 2, but it has very low activity compared to the other four catalysts. I never do that.
[비교예 2] Comparative Example 2
마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매들의 산화적 탈수소화 반응 활성Oxidative Dehydrogenation Activity of Magnesium Orthovanadate Catalysts Supported in Magnesia
본 발명의 실시예 1에 의한 방법으로 수행한 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매들을 통한 산화적 탈수소화 반응의 활성 결과와의 비교를 위하여, 종래의 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 상기 비교 제조예 2에 의한 방법으로 제조하여 실시예 1의 순서대로 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응을 수행하였으며, 24시간 동안 산화적 탈수소화 반응을 수행한 후의 반응 실험 결과를 표 7에 나타내었다.For comparison with the activity result of the oxidative dehydrogenation reaction through the magnesium orthovanadate catalysts supported on the magnesia-zirconia composite carrier carried out by the method according to Example 1 of the present invention, the magnesium ore supported on magnesia Sovanadate catalyst was prepared by the method according to Comparative Preparation Example 2, and the oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane was carried out in the order of Example 1, and the result of the reaction experiment after performing the oxidative dehydrogenation reaction for 24 hours. Is shown in Table 7.
[표 7][Table 7]
마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매와 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 산화적 탈수소화 반응결과로부터, 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에서 마그네시아와 마그네시아-지르코니아를 각각 담체로 사용하였을 경우, 반응 시간에 따른 반응 활성에 미치는 차이를 관찰하기 위하여 실시예 1 및 비교예 2에 의한 반응 실험을 수행한 결과를 비교하였으며, 24시간 동안의 시간에 따른 반응 활성 추이를 표 8과 도 4에 나타내었다.From the results of the oxidative dehydrogenation of magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia and magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia-zirconia composite carrier, magnesium and magnesia-zirconia were used as carriers in magnesium orthovanadate catalyst, respectively. When used, the results of the reaction experiments according to Example 1 and Comparative Example 2 were compared to observe the difference on the reaction activity according to the reaction time. 4 is shown.
[표 8][Table 8]
표 8과 도 4를 살펴보면, 각 촉매에 의해 진행된 촉매 활성 실험에서 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 경우, 3종의 촉매 모두, 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매가 높은 초기 활성을 나타내다가 어느 시점에서 급격하게 비활성화되어, 촉매로서의 활성을 거의 잃어버리는 것과 달리, 초기 활성을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 마그네시아-지르코니아 복합담체가 순수한 마그네시아 담체보다 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 담체로서 더 적합한 것으로 판단되었다. 이는 전술한 바와 같이, 마그네시아-지르코니아 복합담체가 마그네시아와 지르코니아 담체, 각각의 장점을 취하여, 시너지 효과를 얻을 수 있는 담체이기 때문으로, 높은 초기 활성을 가지지만 급격한 비활성화가 나타나는 한계를 가진 마그네시아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매에 높은 반응 안정성을 얻을 수 있는 지르코니아가 같이 혼합되어 담체로 사용되면서, 초기 활성과 반응 안정성이라는 두 가지 장점을 모두 가지고 있는 신규 촉매가 본 발명에 의해 개발된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 8 and FIG. 4, in the case of the magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier in the catalytic activity experiment conducted by each catalyst, all three types of magnesium orthovanadate catalysts supported on magnesia It can be seen that, while exhibiting high initial activity and rapidly deactivating at some point, almost losing activity as a catalyst, the initial activity is maintained. Accordingly, the magnesia-zirconia composite carrier was judged to be more suitable as a carrier for the catalyst for oxidative dehydrogenation of normal-butane than a pure magnesia carrier. This is because, as described above, the magnesia-zirconia complex carrier is a carrier capable of achieving synergistic effects by taking the advantages of magnesia and zirconia carriers, respectively, and is supported on magnesia having a high initial activity but limiting rapid inactivation. Zirconia, which can obtain high reaction stability to the magnesium orthovanadate catalyst, is used as a carrier, and a new catalyst having both advantages of initial activity and reaction stability has been developed by the present invention. have.
비교예 1에 의해 수행된 순수한 지르코니아에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매의 시간에 따른 반응 활성 추이를 표 8과 도 4에 같이 나타내었으나, 반응을 수행한 동안 별다른 변화는 발견되지 않았다.
The reaction activity trend of the magnesium orthovanadate catalyst supported on pure zirconia carried out by Comparative Example 1 with time is shown in Table 8 and FIG. 4, but no change was found during the reaction.
Claims (9)
(a) 지르코늄 전구체와 옥살산을 각각 알코올에 용해시켜 지르코늄 알코올 용액과 옥살산 알코올 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 제조한 지르코늄 알코올 용액과 옥살산 알코올 용액을 혼합하여 지르코니아를 합성하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 얻어진 결과의 용액으로부터 고체 성분인 지르코니아를 분리, 건조한 후 열처리하여, 마그네시아-지르코니아 복합담체의 제조를 위한 지르코니아를 얻는 단계;
(d) 상기 (c)단계에서 얻어진 지르코니아에 마그네슘염 수용액을 함침하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계에서 얻어진 결과물을 건조한 후 열처리하여, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응 촉매용 마그네시아-지르코니아 복합담체를 얻는 단계.A process for preparing a magnesia-zirconia composite carrier for oxidative dehydrogenation reaction of normal-butane, comprising the following steps:
(a) dissolving a zirconium precursor and oxalic acid in alcohol to prepare a zirconium alcohol solution and an oxalic acid alcohol solution, respectively;
(b) synthesizing zirconia by mixing the zirconium alcohol solution and the oxalic acid alcohol solution prepared in step (a);
(c) separating, drying and heat-treating zirconia as a solid component from the resultant solution obtained in step (b) to obtain zirconia for the preparation of the magnesia-zirconia composite carrier;
(d) impregnating an aqueous solution of magnesium salt in the zirconia obtained in step (c); And
(e) drying and heat-treating the resultant obtained in step (d) to obtain a magnesia-zirconia composite carrier for oxidative dehydrogenation reaction catalyst of normal-butane.
(i) 바나듐염 수용액을 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 마그네시아-지르코니아 복합담체에 함침하는 단계;
(ii) 상기 (i)단계에서 얻어진 결과물을 건조 및 열처리하여 마그네시아-지르코니아 복합담체에 담지된 마그네슘 오르소바나데이트 촉매를 얻는 단계. A method for preparing a magnesium orthovanadate catalyst supported on a magnesia-zirconia composite carrier, comprising the following steps:
(i) impregnating the aqueous solution of vanadium salt into the magnesia-zirconia composite carrier prepared by the method of any one of claims 1 to 4;
(ii) drying and heat-treating the resultant obtained in step (i) to obtain a magnesium orthovanadate catalyst supported on the magnesia-zirconia composite carrier.
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