KR101369921B1 - copper-chromite catalyst and preparing method of 1,2-propanediol using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글리세롤의 수소첨가분해반응을 통한 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매 및 이를 이용한 1,2-프로판디올의 제조방법에 관한 것으로서, 구리-크롬 촉매에 귀금속인 팔라듐을 도입하여 활성점을 증가시킴으로써 낮은 수소 분압에서도 높은 활성을 나타내면서도, 펠렛 형태로서 연속공정에 적용 가능한 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for the 1,2-propanediol production reaction through the hydrocracking reaction of glycerol and a method for producing 1,2-propanediol using the same, the active site by introducing a precious metal palladium to the copper-chromium catalyst The present invention relates to a catalyst that can be applied to a continuous process in pellet form while exhibiting high activity even at a low hydrogen partial pressure by increasing the concentration thereof.

Description

귀금속이 도입된 구리-크롬 촉매 및 이를 이용한 1,2-프로판디올의 제조방법{copper-chromite catalyst and preparing method of 1,2-propanediol using thereof}Copper-chromium catalyst with a noble metal and a method for preparing 1,2-propanediol using the same {copper-chromite catalyst and preparing method of 1,2-propanediol using approximately}

본 발명은 글리세롤의 수소첨가분해반응을 통한 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매 및 이를 이용한 1,2-프로판디올의 제조방법에 관한 것으로서, 구리-크롬 촉매에 귀금속인 팔라듐을 도입하여 활성점을 증가시킴으로써 낮은 수소 분압에서도 높은 활성을 나타내면서도, 펠렛 형태로서 연속공정에 적용 가능한 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst for the 1,2-propanediol production reaction through the hydrocracking reaction of glycerol and a method for producing 1,2-propanediol using the same, the active site by introducing a precious metal palladium to the copper-chromium catalyst The present invention relates to a catalyst that can be applied to a continuous process in pellet form while exhibiting high activity even at a low hydrogen partial pressure by increasing the concentration thereof.

최근 화석연료의 대체 에너지원으로 바이오디젤이 많은 관심을 받고 있다. 상기 바이오디젤은 식물 유래의 자원, 이를테면 유채씨, 콩기름, 폐식용유, 현미유와 같은 식물성 기름을 가공하여 만들 수 있는, 경유와 물리적 특성이 같은 연료를 통칭한다. 상기 바이오디젤은 일반 경유와 같은 물리적 특성이 같기 때문에, 현재 사용되고 있는 디젤 엔진에 바로 사용이 가능하고, 오염물질의 배출량이 적다는 장점이 있다.Recently, biodiesel has received much attention as an alternative energy source for fossil fuels. The biodiesel collectively refers to fuels having the same physical properties as diesel oil, which can be made by processing plant-derived resources such as vegetable oils such as rapeseed seed, soybean oil, waste cooking oil and brown rice oil. Since the biodiesel has the same physical characteristics as general diesel, the biodiesel can be used directly in a diesel engine currently being used, and has a merit of low emission of pollutants.

이러한 바이오디젤은 식물 유래의 자원으로부터 전이에스테르화에 의한 지방산 메틸 에스테르의 합성반응을 통해 제조된다. 이러한 전이에스테르화 반응에서 주요 부산물로 발생하는 글리세롤은 미용, 제약, 식품 등의 분야에서 사용되지만 산업적인 수요에 비해 공급되는 글리세롤의 양이 과도하게 많아 결국 그 가치가 폭락하게 되었다. 이러한 이유로 바이오디젤의 부산물로 발생하는 글리세롤을 고부가가치의 다른 물질로 전환하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. Such biodiesel is prepared through the synthesis of fatty acid methyl esters by transesterification from plant-derived resources. Glycerol, which is a major by-product of the transesterification reaction, is used in the fields of beauty, pharmaceuticals, foods, etc., but the amount of glycerol supplied is excessively large compared to industrial demand, and eventually, its value has collapsed. For this reason, studies are being actively conducted to convert glycerol, which is a by-product of biodiesel, into other materials of high value.

이 중 글리세롤의 수소첨가분해반응에 의해 생성되는 1,2-프로판디올은 의약품, 화장품의 중간체, 폴리에스터, 불포화폴리에스터의 합성원료 및 셀로판의 가소제로 사용되는 물질로써 여러가지 응용이 가능한 고부가가치 물질로 알려져 있다. Among these, 1,2-propanediol produced by the hydrocracking reaction of glycerol is used as a synthetic raw material of pharmaceuticals, cosmetics, polyester, unsaturated polyester, and plasticizer of cellophane. Known as

글리세롤에서 1,2-프로판디올로 전환되는 반응은 촉매를 통한 수소첨가분해반응에 의하여 진행된다. The conversion from glycerol to 1,2-propanediol is carried out by hydrocracking through a catalyst.

상기 촉매를 이용한 방법은 아직까지 많은 연구가 이루어지고 있지 않은데, 미국특허 제5616817호에서는 코발트, 구리, 망간, 몰리브덴이 섞여 있는 성분의 촉매를 제조하여 글리세롤을 1,2-프로판디올로 전환하고 있는데, 제시된 반응조건은 100~700의 고압 및 180~270℃의 고온 조건인바, 매우 가혹한 조건이 필요하다는 문제가 있다. The method using the catalyst has not been studied much yet, US Patent No. 5616817 is preparing a catalyst of a mixture of cobalt, copper, manganese, molybdenum to convert glycerol to 1,2-propanediol , The reaction conditions presented are high pressure conditions of 100 to 700 and high temperature conditions of 180 to 270 ° C., so there is a problem that very harsh conditions are required.

또한 최근 개발된 촉매로 스피넬(spinel) 구조의 구리-크롬 촉매가 보고된 바 있는데, 해당 촉매는 80bar 이상의 높은 수소 압력 하에서 활성을 나타낸다는 문제점이 있다.In addition, a copper-chromium catalyst having a spinel structure has been reported as a recently developed catalyst, which has a problem in that the catalyst shows activity under a high hydrogen pressure of 80 bar or more.

이러한 높은 수소 압력은 화학공정상에서 큰 부담이 되기 때문에 1,2-프로판디올의 상용화에 어려움이 많다. 따라서 낮은 수소 압력 하에서도 높은 활성을 나타내는 촉매의 개발이 시급한 실정이다.
Since such high hydrogen pressure is a great burden in the chemical process, it is difficult to commercialize 1,2-propanediol. Therefore, it is urgent to develop a catalyst that exhibits high activity even under low hydrogen pressure.

본 발명의 목적은 상기와 같은 공정상의 문제를 해결하고, 낮은 수소 압력에서도 높은 활성을 나타내는, 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매 및 이를 이용한 1,2-프로판디올의 제조방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above process problems and provide a catalyst for 1,2-propanediol production reaction and a method for producing 1,2-propanediol using the same, which exhibit high activity even at low hydrogen pressure. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매는 (A) 금속원소 및 (B) 구리-크롬 촉매를 포함하며, 상기 (A) 금속원소는 (B) 구리-크롬 촉매의 조촉매인 것을 특징으로 한다.
The catalyst for the 1,2-propanediol production reaction of glycerol according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises (A) a metal element and (B) a copper-chromium catalyst, (A) a metal element (B) is characterized in that it is a promoter of a copper-chromium catalyst.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 글리세롤의 수소첨가 분해반응에 의한 1,2-프로판디올의 제조방법은, 상기 수소첨가 분해반응이 (A) 금속원소 및 (B) 구리-크롬 촉매를 포함하며, 상기 (A) 금속원소는 (B) 구리-크롬 촉매의 조촉매인 것을 특징으로 하는 촉매에 의하는 것을 특징으로 한다.
On the other hand, the production method of 1,2-propanediol by the hydrocracking reaction of glycerol according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the hydrocracking reaction is (A) metal element and (B) And a copper-chromium catalyst, wherein the metal element (A) is a catalyst of the copper catalyst (B).

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매의 제조방법은 적어도 일종의 금속 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비하는 단계; 상기 금속 전구체 용액의 pH를 조절하여 침전물을 형성하는 단계; 상기 침전물을 숙성시키는 단계; 상기 숙성된 침전물을 여과하고 건조하는 단계; 상기 건조된 침전물을 하소하는 단계; 및 상기 하소된 촉매 파우더에 유기바인더를 첨가하고 반죽한 후 압출 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
On the other hand, the method for producing a catalyst for 1,2-propanediol production reaction of glycerol according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a metal precursor solution by dissolving at least one metal precursor compound in a solvent; Adjusting the pH of the metal precursor solution to form a precipitate; Aging the precipitate; Filtering and drying the aged precipitate; Calcining the dried precipitate; And adding and kneading the organic binder to the calcined catalyst powder, and then extruding.

본 발명에 의한 촉매를 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응에 이용하는 경우, 낮은 수소 분압에서도 높은 활성을 나타내면서도, 펠렛 형태로서 연속공정에 적용 가능하므로 1,2-프로판디올을 높은 수율로 생산할 수 있다는 효과가 있다.
When the catalyst according to the present invention is used for the 1,2-propanediol production reaction of glycerol, 1,2-propanediol can be produced in high yield because it shows high activity even at low hydrogen partial pressure and can be applied in a continuous process as pellet form. It can be effective.

도 1은 실시예 1~5 및 비교예 1에 의해 제조된 촉매의 XRD 그래프이다.
도 2는 환원이 완료된 실시예 1~5 및 비교예 1에 의해 제조된 촉매의 XRD 그래프이다.
도 3은 실시예 1~5 및 비교예 1의 환원이 완료된 후의 촉매에 대한 TPR 분석 그래프이다.
도 4는 비교예 1에 의해 제조된 촉매에 대하여 환원 전/후로 XPS 분석을 실시한 그래프이다.
도 5는 실시예 3에 의해 제조된 촉매에 대하여 환원 전/후로 XPS 분석을 실시한 그래프이다.
도 6은 수소의 압력이 40bar인 경우, 실시예 1~5의 촉매, 비교예 1의 촉매를 이용한 글리세롤의 1,2-프로판디올 제조반응에서의 전환율, 선택도 및 수율을 측정한 그래프이다.
도 7은 수소의 압력이 60bar인 경우, 실시예 1~5의 촉매, 비교예 1의 촉매를 이용한 글리세롤의 1,2-프로판디올 제조반응에서의 전환율, 선택도 및 수율을 측정한 그래프이다.
도 8은 귀금속의 종류에 따른 촉매별 글리세롤 수소화 분해 반응의 전환율, 선택도, 수율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 생성물 분석을 통한 촉매별 글리세롤 수소화 분해 반응의 결과물 분포를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 6의 촉매를 활용한 연속 공정 실험에서 반응시간에 따른 1,2-프로판디올의 수율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 6 및 비교예 4의 촉매를 연속 공정에 적용한 경우, 1,2-프로판디올의 수율을 비교한 그래프이다.
1 is an XRD graph of catalysts prepared by Examples 1 to 5 and Comparative Example 1. FIG.
Figure 2 is an XRD graph of the catalyst prepared by Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 is completed reduction.
3 is a graph of TPR analysis for the catalyst after the reduction of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 is completed.
4 is a graph of XPS analysis before and after reduction of the catalyst prepared in Comparative Example 1.
5 is a graph of XPS analysis before and after reduction of the catalyst prepared in Example 3.
6 is a graph measuring the conversion, selectivity and yield in the production of 1,2-propanediol of glycerol using the catalyst of Examples 1 to 5 and the catalyst of Comparative Example 1 when the pressure of hydrogen is 40 bar.
FIG. 7 is a graph measuring conversion, selectivity and yield of 1,2-propanediol in the reaction of glycerol using the catalyst of Examples 1 to 5 and the catalyst of Comparative Example 1 when the pressure of hydrogen is 60 bar.
8 is a graph showing the conversion, selectivity, and yield of the glycerol hydrocracking reaction for each catalyst according to the type of precious metal.
9 is a graph showing the result distribution of glycerol hydrocracking reaction for each catalyst through product analysis.
10 is a graph showing the yield of 1,2-propanediol with reaction time in a continuous process experiment using the catalyst of Example 6.
11 is a graph comparing the yields of 1,2-propanediol when the catalysts of Example 6 and Comparative Example 4 are applied to a continuous process.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 이하의 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the following description and drawings.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이어서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention and the manner of achieving them will be apparent with reference to the embodiments and drawings described hereinafter. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, The present invention is only defined by the scope of the claims.

이하에서는 본 발명에 따른 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매, 1,2-프로판디올의 제조방법 및 상기 촉매의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the catalyst for 1,2-propanediol production reaction of glycerol according to the present invention, a method for preparing 1,2-propanediol, and a method for preparing the catalyst will be described in detail.

글리세롤의 1,2-1,2- of glycerol 프로판디올Propanediol 생산 반응용 촉매 Catalyst for Production Reaction

본 발명의 일 실시예에 따른 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매는 (A) 금속원소 및 (B) 구리-크롬 촉매를 포함하며, 상기 (A) 금속원소는 (B) 구리-크롬 촉매의 조촉매인 것을 특징으로 한다.The catalyst for the reaction of 1,2-propanediol production of glycerol according to an embodiment of the present invention includes (A) a metal element and (B) a copper-chromium catalyst, wherein (A) the metal element is (B) copper- It is characterized by being a promoter of a chromium catalyst.

여기에서 상기 (A) 금속원소는 팔라듐인 것이 바람직하다. It is preferable that the said (A) metal element is palladium here.

본 발명의 상기 팔라듐은 전구체 형태로 용매에 녹여서 사용하는데, 전구체는 그 형태가 예를 들어, 탄화물, 산화물, 염화물, 질화물, 황화물, 황산염, 질산염일 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 상기 탄화물, 산화물, 염화물, 질화물, 황화물, 황산염, 질산염 등은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용될 수 있으며, 이들은 수화물 또는 무수물 형태일 수 있다.The palladium of the present invention is used by dissolving in a solvent in the form of a precursor, the precursor may be, for example, carbide, oxide, chloride, nitride, sulfide, sulfate, nitrate, but the present invention is not limited thereto. The carbides, oxides, chlorides, nitrides, sulfides, sulfates, nitrates and the like may be used alone or in combination of two or more, and they may be in the form of hydrates or anhydrides.

상기 용매로는 극성 또는 비극성 용매가 모두 가능하다. 상기 용매로는 상기 전구체를 용해시킬 수 있으면 되므로, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 에탄올, 부탄올, 물 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이외에도, 저급알콜류 등도 용매로 도입할 수 있다.The solvent may be either a polar or nonpolar solvent. As the solvent, the precursor can be dissolved, but is not particularly limited. For example, ethanol, butanol, water, and the like can be used alone or in combination of two or more thereof. In addition, lower alcohols etc. can also be introduce | transduced as a solvent.

상기 팔라듐의 함량은 촉매 전체 중량 중 0.3~10중량%인 것이 바람직하다. 팔라듐의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 팔라듐에 의한 수소 흡착 능력 및 수소의 스필오버 효과(spillover effect) 부족의 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 구리-크롬 촉매의 스피넬 구조가 붕괴되어 촉매 중 크롬 원자가 산화크롬의 형태로 분리되어 존재하게 되는 문제가 있다.The content of the palladium is preferably 0.3 to 10% by weight of the total weight of the catalyst. If the content of palladium is less than the above range, there is a problem of hydrogen adsorption ability by palladium and lack of spillover effect of hydrogen, and if it exceeds the above range, the spinel structure of the copper-chromium catalyst collapses to There is a problem that the chromium atom is present in the form of chromium oxide separately.

여기에서 상기 (A), (B)를 포함하는 본 발명의 촉매는 펠렛 형태일 수 있다. 본 발명의 촉매의 형태에는 제한이 없지만, 연속 공정에 적용하기 위해서는 파우더 형태의 촉매를 성형하여야 하는바, 바람직하게는 펠렛 형태로 제조하여 사용할 수 있다.
Here, the catalyst of the present invention including the above (A), (B) may be in the form of pellets. Although there is no limitation in the form of the catalyst of the present invention, in order to apply to the continuous process, the catalyst in the form of a powder should be molded, preferably in the form of pellets can be used.

촉매의 제조방법Method for producing catalyst

본 발명의 일 실시예에 따른 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매의 제조방법은 적어도 일종의 금속 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비하는 단계; 상기 금속 전구체 용액의 pH를 조절하여 침전물을 형성하는 단계; 상기 침전물을 숙성시키는 단계; 상기 숙성된 침전물을 여과하고 건조하는 단계; 상기 건조된 침전물을 하소하는 단계; 및 상기 하소된 촉매 파우더에 유기바인더를 첨가하고 반죽한 후 압출 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 각 단계별로 상세히 설명하기로 한다.
Method for producing a catalyst for 1,2-propanediol production reaction of glycerol according to an embodiment of the present invention comprises the steps of dissolving at least one metal precursor compound in a solvent to prepare a metal precursor solution; Adjusting the pH of the metal precursor solution to form a precipitate; Aging the precipitate; Filtering and drying the aged precipitate; Calcining the dried precipitate; And adding and kneading the organic binder to the calcined catalyst powder, and then extruding. Hereinafter, each step will be described in detail.

본 발명의 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매의 제조과정은 금속 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비하는 것으로부터 시작된다. 상기 금속 전구체 화합물 및 상기 용매를 각각 준비한 후에는 상기 금속 전구체 화합물을 상기 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비할 수 있다.The preparation of the catalyst for the 1,2-propanediol production reaction of glycerol of the present invention begins by dissolving the metal precursor compound in a solvent to prepare a metal precursor solution. After preparing the metal precursor compound and the solvent, respectively, the metal precursor compound may be dissolved in the solvent to prepare a metal precursor solution.

상기 금속 전구체 화합물로는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어 높은 활성을 가지는 금속을 함유하는 것이 바람직한바, 본 발명에서는 상기 금속 전구체 화합물이 비귀금속계 금속 전구체로서 크롬 전구체 화합물, 구리 전구체 화합물 중 선택된 1종 이상; 및 귀금속계 금속 전구체로서 팔라듐 전구체 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.The metal precursor compound is not particularly limited, but preferably contains a metal having high activity. In the present invention, the metal precursor compound is selected from a chromium precursor compound and a copper precursor compound as a non-noble metal-based metal precursor. One or more; And a palladium precursor compound as the precious metal-based metal precursor.

이 때 사용되는 크롬 전구체 화합물, 구리 전구체 화합물, 팔라듐 전구체 화합물은, 예를 들어, 질산염, 초산염, 탄산염, 아세트산염, 할로겐염 등과 같은 금속염; 할로겐화물; 산화물; 황화물 등과 같은 화합물일 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. The chromium precursor compound, copper precursor compound, and palladium precursor compound used at this time may be, for example, metal salts such as nitrate, acetate, carbonate, acetate, halogen salt and the like; Halides; oxide; It may be a compound such as sulfide, but the present invention is not limited thereto.

상기 금속염, 할로겐화물, 산화물, 황화물 등은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용될 수 있으며, 이들은 수화물 또는 무수물 형태일 수 있다.The metal salts, halides, oxides, sulfides and the like may be used alone or in combination of two or more, and they may be in the form of hydrates or anhydrides.

상기 용매로는 극성 또는 비극성 용매가 모두 가능하다. 상기 용매로는 상기 금속 전구체를 용해시킬 수 있으면 되므로, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 에탄올, 부탄올, 증류수 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이외에도, 저급 알코올류 등도 용매로 도입할 수 있다.
The solvent may be a polar or non-polar solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the metal precursor. For example, ethanol, butanol, distilled water, etc. may be used alone or in combination of two or more. In addition, lower alcohols and the like can also be introduced as a solvent.

다음으로, 상기 금속 전구체 용액의 pH를 조절하여 침전물을 형성한다. 상기 침전물은 상기 금속 전구체 화합물의 금속 원소가 포함된 화합물로, 특정 pH 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 pH 조절은 금속 전구체 화합물의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액을 상기 금속 전구체 용액에 첨가함으로써 수행될 수 있다. 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액이 상기 금속 전구체 용액에 첨가되어 상기 pH가 7 ~ 13이 될 수 있는데, 구체적인 pH의 값은 상기 금속 전구체 용액 내에 함유된 금속 성분의 종류 및 함량에 따라 상기 범위 내에서 달라질 수 있다.Next, the pH of the metal precursor solution is adjusted to form a precipitate. The precipitate is a compound containing a metal element of the metal precursor compound, it may be formed within a specific pH range. The pH adjustment may vary depending on the type of metal precursor compound, but may be performed, for example, by adding an alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution to the metal precursor solution. The alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution may be added to the metal precursor solution so that the pH may be 7 to 13, and the specific pH value is within the range according to the type and content of the metal component contained in the metal precursor solution. May vary.

상기 알칼리족 탄산염 또는 상기 수산화나트륨 수용액의 농도 및 첨가 속도에 의해 상기 침전물의 입자 크기, 형성 속도 등이 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 첨가 속도가 너무 빠르거나 농도가 너무 높으면 제조되는 형성되는 침전물의 입자의 크기가 커져서 촉매의 활성이 낮아지는 문제가 있다. 반면, 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 첨가 속도가 너무 느리거나 농도가 너무 낮으면 촉매 제조의 효율성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 문제점들을 효과적으로 억제하기 위해 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 농도를 0.5 ~ 3 mol/L 범위 내로 설정하고, 아울러 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액을 1분당 0.1 ~ 10mL의 속도로 상기 금속 전구체 용액에 첨가할 수 있다.
The particle size, the formation rate, etc. of the precipitate may vary depending on the concentration and the addition rate of the alkali carbonate or the aqueous sodium hydroxide solution. For example, if the addition rate of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is too fast or the concentration is too high, there is a problem in that the activity of the catalyst is lowered due to the increase in the size of the precipitate formed particles. On the other hand, if the addition rate of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is too slow or the concentration is too low, the efficiency of the catalyst production may be reduced. Therefore, in order to effectively suppress the problems, the concentration of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is set within a range of 0.5 to 3 mol / L, and the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is added at a rate of 0.1 to 10 mL per minute. It can be added to the metal precursor solution.

다음으로, 상기 금속 전구체 용액의 pH가 9 ~ 13의 범위 내에서 특정 값에 도달한 경우, 상기 침전물을 숙성시킬 수 있다. 상기 숙성은 침전 반응이 충분히 일어날 수 있도록 50 ~ 90℃에서 2 ~ 12시간 동안 수행될 수 있다. 숙성 온도가 너무 낮거나 너무 높으면 촉매 활성이 높은 입자 크기를 갖는 침전물을 형성하기가 곤란하므로, 전술한 바와 같이, 숙성 온도를 50 ~ 90℃, 바람직하게는 60 ~ 80℃로 설정할 수 있다.
Next, when the pH of the metal precursor solution reaches a specific value within the range of 9 to 13, the precipitate may be aged. The aging may be carried out for 2 to 12 hours at 50 ~ 90 ℃ so that the precipitation reaction occurs sufficiently. If the aging temperature is too low or too high, it is difficult to form a precipitate having a high particle size of catalytic activity, and as described above, the aging temperature can be set at 50 to 90 ° C, preferably 60 to 80 ° C.

다음으로, 상기 침전물에 남아있는 알칼리족 탄산염 수용액 또는 수산화나트륨 수용액이 완전히 제거될 때까지 증류수로 충분히 세척해 준다. 이후, 세척된 침전물을 여과하고 건조한다. 상기 건조는 80 ~ 200℃에서 상기 침전물이 완전히 건조될 때까지 충분히 수행한다.
Next, it is sufficiently washed with distilled water until the alkali carbonate aqueous solution or the sodium hydroxide aqueous solution remaining in the precipitate is completely removed. The washed precipitate is then filtered and dried. The drying is sufficiently carried out at 80 ~ 200 ℃ until the precipitate is completely dried.

다음으로, 상기 침전물 내에 남아 있는 유기물을 제거하고 적절한 합금 상을 형성하기 위해서 상기 건조된 침전물을 하소할 수 있다. 상기 하소는 공기 분위기 또는 산소 분위기 하에서 400 ~ 700℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 구체적인 하소 온도는 높은 촉매 활성을 나타내는 합금상을 형성할 수 있는 온도로 정해질 수 있으며, 형성된 침전물 내에 함유된 금속 성분의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 구리, 크롬, 니켈 등의 금속 성분들은 400 ~ 700℃, 바람직하게는 500 ~ 600℃에서 하소될 경우 적절한 합금상이 형성될 수 있다.
Next, the dried precipitate may be calcined to remove organic matter remaining in the precipitate and to form an appropriate alloy phase. The calcination may be carried out in a temperature range of 400 ~ 700 ℃ under air atmosphere or oxygen atmosphere. The specific calcination temperature can be determined at a temperature at which an alloy phase exhibiting high catalytic activity can be formed and can be varied depending on the kind and content of the metal component contained in the formed precipitate. For example, metal components such as copper, chromium, and nickel may form an appropriate alloy phase when calcined at 400 to 700 ° C, preferably 500 to 600 ° C.

다음으로, 필요에 따라 상기 촉매의 활성을 증가시키기 위하여 상기 하소가 완료된 촉매파우더를 환원시킬 수 있다. 상기 환원은 수소 가스를 소정 속도로 공급하여 수소 분위기를 조성한 다음, 50~400℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 환원은 수소 가스와 헬륨, 아르곤, 질소 가스 등이 혼합된 혼합 가스 분위기에서 수행되어도 무방하다.
Next, if necessary, in order to increase the activity of the catalyst, the calcined catalyst powder may be reduced. The reduction may be performed at 50 to 400 ° C. after supplying hydrogen gas at a predetermined rate to form a hydrogen atmosphere. In addition, the reduction may be performed in a mixed gas atmosphere in which hydrogen gas and helium, argon, nitrogen gas and the like are mixed.

다음으로, 상기 하소가 완료된 촉매 파우더에 유기바인더를 첨가하고 반죽한 후 압출 성형한다. 상기 유기바인더는 에테르 결합을 포함하는 세라믹용 유기 바인더 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적인 종류로는 PMB-15U, PMB-40H, MC-40H 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.Next, the organic binder is added to the catalyst powder on which the calcination is completed, and kneaded, followed by extrusion molding. It is preferable that the said organic binder contains 1 or more types chosen from the organic binder for ceramics containing an ether bond. Specific examples thereof include PMB-15U, PMB-40H, and MC-40H, but are not limited thereto.

유기바인더를 첨가한 촉매 파우더는 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 준 후, 증류수를 혼합하여 성형을 위한 반죽 형태를 제조한다. 이 후 압출기를 통하여 적절한 압력으로 압출시키면서 일정한 간격으로 컷팅하여 펠렛형 촉매를 제조한다.
The catalyst powder to which the organic binder is added is uniformly mixed using a mixer, and then distilled water is mixed to prepare a dough form for molding. Thereafter, the pellets are prepared by cutting at regular intervals while extruding at an appropriate pressure through an extruder.

다음으로, 상기 완성된 펠렛형 촉매를 건조시킨다. 이 때 수분이 제거된다.Next, the finished pelletized catalyst is dried. At this time, moisture is removed.

한편, 압출 성형을 위해 첨가된 유기바인더는 촉매 활성에 방해가 되므로 이를 제거하고 촉매의 강도를 높이기 위하여, 추가적으로 상기 건조한 촉매를 고온에서 소성한다. 이 때 소성온도는 약 550℃, 시간은 6~8시간이 바람직하다.
On the other hand, since the organic binder added for extrusion molding interferes with the catalytic activity, in order to remove it and increase the strength of the catalyst, the dried catalyst is further calcined at a high temperature. At this time, the firing temperature is preferably about 550 占 폚, and the time is preferably 6 to 8 hours.

1,2-1,2- 프로판디올의Of propanediol 제조방법 Manufacturing method

본 발명의 일 실시예에 따른 글리세롤의 수소첨가 분해반응에 의한 1,2-프로판디올의 제조방법은, 상기 수소첨가 분해반응이 (A) 금속원소 및 (B) 구리-크롬 촉매를 포함하며, 상기 (A) 금속원소는 (B) 구리-크롬 촉매의 조촉매인 것을 특징으로 하는 촉매에 의하는 것을 특징으로 한다.In the method for preparing 1,2-propanediol by hydrocracking of glycerol according to an embodiment of the present invention, the hydrocracking reaction includes (A) a metal element and (B) a copper-chromium catalyst, The metal element (A) is characterized by a catalyst characterized in that the (B) is a promoter of the copper-chromium catalyst.

즉, 상술한 본 발명의 촉매를 사용한다는 점에 특징이 있는바, 촉매에 관한 설명은 여기에서는 생략하기로 한다.
That is, it is characterized by the use of the catalyst of the present invention described above, the description of the catalyst will be omitted here.

구체적으로 본 발명의 글리세롤의 수소첨가 분해반응에 의한 1,2-프로판디올의 제조방법은 반응기 내에 글리세롤 및 본 발명의 촉매를 투입하는 단계, 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 교반시키면서, 상기 반응기 내에 수소 가스를 공급하는 단계, 및 상기 글리세롤 및 상기 수소를 반응시키는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 본 발명의 촉매가 펠렛 형태를 가짐으로써 상기 제조방법은 연속으로 행해질 수 있다.
Specifically, the method for preparing 1,2-propanediol by the hydrocracking reaction of glycerol of the present invention comprises the steps of introducing glycerol and the catalyst of the present invention into the reactor, while stirring the glycerol and the catalyst, hydrogen gas in the reactor Supplying and reacting the glycerol and the hydrogen. At this time, the catalyst of the present invention has a pellet form, the production method can be carried out continuously.

본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올의 제조 과정은 글리세롤 및 상기 촉매를 각각 준비하는 것으로부터 시작되며, 이후 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 반응기 내에 투입한다. 상기 글리세롤은 바이오디젤을 생산 과정에서 발생하는 부산물일 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 글리세롤은 다양한 경로를 통해 합성되거나 또는 다양한 합성 반응의 부산물로서 생성될 수 있다. 이 외에도, 상기 글리세롤로서 시판되는 것을 이용할 수도 있을 것이다.
The process for producing propanediol according to one aspect of the present invention begins with preparing glycerol and the catalyst, respectively, and then introducing the glycerol and the catalyst into the reactor. The glycerol may be a byproduct generated in the production of biodiesel, but the present invention is not limited thereto. For example, the glycerol may be synthesized through various routes or produced as a by-product of various synthesis reactions. In addition to these, commercially available ones may be used as the glycerol.

상기 본 발명의 촉매의 양이 부족하면 반응 과정에서 활성이 충분히 나타나지 않을 수 있고, 촉매의 양이 많아질수록 높은 수율의 프로판디올을 얻을 수 있으나 경제성을 고려할 때 상기 촉매의 함량은 글리세롤 100 중량부 대비 1 ~ 10 중량부, 보다 바람직하게는 2 ~ 5 중량부일 수 있다. 상기 반응기로는, 예를 들어, 회분식 반응기(batch reactor)를 사용할 수 있다.
When the amount of the catalyst of the present invention is insufficient, the activity may not appear sufficiently in the reaction process, and as the amount of the catalyst increases, a high yield of propanediol may be obtained, but considering the economical content, the catalyst content is 100 parts by weight of glycerol It may be 1 to 10 parts by weight, more preferably 2 to 5 parts by weight. As the reactor, for example, a batch reactor can be used.

다음으로, 상기 반응기를 완전히 밀폐한 후, 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 교반시키면서, 상기 반응기 내가 수소 가스 분위기로 조성되도록 반응기 내에 수소 가스를, 예를 들어, 30 ~ 60분 동안 공급한다. 한편, 수소 가스와 헬륨, 아르곤, 질소 가스 등이 혼합된 혼합 가스를 상기 반응기 내에 공급하여도 무방하다.
Next, after the reactor is completely sealed, hydrogen gas is supplied into the reactor, for example, for 30 to 60 minutes while stirring the glycerol and the catalyst so that the inside of the reactor is formed in a hydrogen gas atmosphere. In addition, the mixed gas which mixed hydrogen gas, helium, argon, nitrogen gas, etc. may be supplied in the said reactor.

다음으로, 반응기 내부를 소정의 압력 및 온도 범위로 승압 및 승온하여, 상기 글리세롤 및 상기 수소를 반응시킨다. 상기 반응시, 반응 온도가 너무 낮으면 1,2-프로판디올의 제조 효율이 낮아지므로, 상기 반응 온도는 150~300℃, 바람직하게는 210~280℃, 보다 바람직하게는 220~260℃가 효율적이다. 상기 반응 온도가 150℃보다 낮으면 글리세롤의 전환율이 낮아지고, 300℃보다 높으면 선택도가 떨어지고 에너지 효율 면에서 바람직하지 않다. Next, the inside of the reactor is elevated and heated to a predetermined pressure and temperature range to react the glycerol and the hydrogen. In the reaction, when the reaction temperature is too low, the production efficiency of 1,2-propanediol is lowered, so the reaction temperature is 150 to 300 ° C, preferably 210 to 280 ° C, more preferably 220 to 260 ° C. to be. If the reaction temperature is lower than 150 ° C lower conversion of glycerol, higher than 300 ° C is not good selectivity in terms of energy efficiency is not preferable.

상기 반응시, 반응 압력도 마찬가지의 이유로 20~100 기압, 바람직하게는 60~90 기압을 유지하는 것이 적당하다. 상기 반응은 글리세롤로부터 프로판디올로의 전환이 충분하게 일어날 수 있도록, 예를 들어, 0.5~48시간 동안, 바람직하게는 5~15시간 동안 수행될 수 있다.
At the time of the said reaction, it is suitable for the reaction pressure to maintain 20-100 atmospheres, preferably 60-90 atmospheres. The reaction can be carried out, for example, for 0.5 to 48 hours, preferably for 5 to 15 hours, so that a sufficient conversion from glycerol to propanediol can occur.

전술한 바에 따르면, 적절한 금속이 최적의 함량을 갖는 촉매를 이용하여 높은 수율로 글리세롤로부터 직접적으로 1,2-프로판디올을 제조할 수 있다. 이러한 1,2-프로판디올의 생산은 상대적으로 낮은 압력 및 낮은 온도 조건에서 수행될 수 있어서, 1,2-프로판디올 제조 공정의 경제성, 안전성, 효율성 등이 향상될 수 있다.
According to the above, 1,2-propanediol can be prepared directly from glycerol in high yield using a catalyst having an appropriate amount of a suitable metal. The production of 1,2-propanediol can be carried out at relatively low pressure and low temperature conditions, thereby improving the economics, safety, efficiency and the like of the 1,2-propanediol manufacturing process.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 촉매 및 1,2-프로판디올의 제조방법을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 보다 더 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 것으로서, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the catalyst of the present invention and a method for preparing 1,2-propanediol will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention in more detail. It is not limited to the following example.

실시예Example

실시예Example 1 One

(1) 촉매의 제조 (1) Preparation of Catalyst

전체 촉매 중량 중 팔라듐의 중량이 0.3중량%이 되도록 팔라듐 전구체의 양을 계산하여 첨가하되 이때 촉매 중 구리와 크롬의 원자수의 몰비가 1:2가 되도록 구리 및 크롬 전구체의 첨가량을 조절하였다. 상기 팔라듐 전구체로서 염화팔라듐, 구리 전구체로서 질산구리, 크롬 전구체로서 질산크롬을 사용하였으며, 이들을 정량하여 증류수 350mL에 녹여서 제 1용액을 제조하였다.The amount of palladium precursor was calculated and added so that the weight of palladium was 0.3% by weight of the total catalyst, but the amount of copper and chromium precursor was adjusted so that the molar ratio of the number of atoms of copper and chromium in the catalyst was 1: 2. Palladium chloride was used as the palladium precursor, copper nitrate was used as the copper precursor, and chromium nitrate was used as the chromium precursor, and these were quantified and dissolved in 350 mL of distilled water to prepare a first solution.

수산화나트륨 24g을 증류수 200mL에 녹여 제 2용액을 제조하고, pH를 측정하면서 pH가 10이 될 때까지 교반해주면서 상기 제 1용액에 상기 제 2용액을 첨가하여 침전물을 형성하였다.24 g of sodium hydroxide was dissolved in 200 mL of distilled water to prepare a second solution, and the precipitate was formed by adding the second solution to the first solution while stirring until the pH was 10 while measuring pH.

다음으로, 침전물이 형성된 상기 용액의 온도를 70℃로 유지하고 4시간 동안 교반하면서 침전물을 숙성시켰다. 상기 침전물을 필터링하여 침전물을 걸러내고 1000mL의 증류수로 세척한 다음, 80℃에서 24시간 동안 건조한 후, 건조된 침전물을 분쇄하여 입자를 고르게 하였다. 다음으로 550℃의 온도 및 공기 분위기 하에서 6시간 동안 소성하여 본 발명의 촉매를 제조하였다.
Next, the precipitate was aged while maintaining the temperature of the solution in which the precipitate was formed at 70 ° C. and stirring for 4 hours. The precipitate was filtered to filter the precipitate, washed with 1000 mL of distilled water, dried at 80 ° C. for 24 hours, and then the dried precipitate was ground to uniform particles. Next, the catalyst of the present invention was prepared by calcination for 6 hours at a temperature of 550 ° C. and an air atmosphere.

(2) 1,2-프로판디올의 제조(2) Preparation of 1,2-propanediol

글리세롤로부터 1,2-프로판디올을 생산하는 반응은 고압 배치 반응 시스템을 통하여 진행하였다. 반응기에 50g의 글리세롤과 1g의 촉매를 함께 넣고, 밀폐한 후 수소로 고압을 형성한 후에 220℃에서 12시간 동안 진행하였다. 수소의 압력은 40bar인 경우와 60bar인 경우로 나누어 진행하였다.
The reaction to produce 1,2-propanediol from glycerol was carried out through a high pressure batch reaction system. 50 g of glycerol and 1 g of catalyst were put together in a reactor, and after being sealed, high pressure was formed with hydrogen and then proceeded at 220 ° C. for 12 hours. The pressure of hydrogen was divided into 40 bar and 60 bar.

실시예Example 2 2

팔라듐의 양이 전체 촉매 중량의 0.5중량%가 되도록 염화팔라듐을 첨가하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정으로 촉매를 제조하고, 상기 촉매를 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산반응에 이용하여 1,2-프로판디올을 제조하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that palladium chloride was added so that the amount of palladium was 0.5% by weight of the total catalyst, and the catalyst was subjected to 1,2-propanediol production of glycerol. 1,2-propanediol was prepared.

실시예Example 3 3

팔라듐의 양이 전체 촉매 중량의 1중량%가 되도록 염화팔라듐을 첨가하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정으로 촉매를 제조하고, 상기 촉매를 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산반응에 이용하여 1,2-프로판디올을 제조하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that palladium chloride was added so that the amount of palladium was 1% by weight of the total catalyst, and the catalyst was subjected to 1,2-propanediol production of glycerol. 1,2-propanediol was prepared.

실시예Example 4 4

팔라듐의 양이 전체 촉매 중량의 3중량%가 되도록 염화팔라듐을 첨가하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정으로 촉매를 제조하고, 상기 촉매를 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산반응에 이용하여 1,2-프로판디올을 제조하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that palladium chloride was added so that the amount of palladium was 3% by weight of the total catalyst weight, and the catalyst was subjected to 1,2-propanediol production of glycerol. 1,2-propanediol was prepared.

실시예Example 5 5

팔라듐의 양이 전체 촉매 중량의 10중량%가 되도록 염화팔라듐 첨가하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정으로 촉매를 제조하고, 상기 촉매를 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산반응에 이용하여 1,2-프로판디올을 제조하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that palladium chloride was added so that the amount of palladium was 10% by weight of the total catalyst weight, and the catalyst was used for 1,2-propanediol reaction of glycerol. 1,2-propanediol was prepared.

실시예Example 6  6

(1) 촉매의 제조 (1) Preparation of Catalyst

상기 실시예 1에 의해 제조된 팔라듐/구리-크롬 촉매 파우더 200g에 유기바인더 MC-40H 10g(촉매 중량 대비 5중량%)을 첨가하고 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하였다.To 200 g of the palladium / copper-chromium catalyst powder prepared in Example 1, 10 g of organic binder MC-40H (5 wt% based on the weight of the catalyst) was added and mixed uniformly using a mixer.

증류수를 50mL 혼합하여 성형을 위한 반죽 형태를 제조하고, 압출기를 통하여 압출시키면서 3mm 간격으로 컷팅하여 펠렛형 촉매를 제조하고, 내외부 균열없이 수분을 제거하기 위하여 상온에서 24시간 동안 건조시켰다. 50 mL of distilled water was mixed to form a dough for molding, and the pellet catalyst was prepared by cutting at an interval of 3 mm while extruding through an extruder, and dried at room temperature for 24 hours to remove moisture without internal and external cracking.

이 후, 유기바인더의 제거 및 강도 향상을 위하여 건조한 촉매를 550℃에서 6시간 동안 소성시킴으로써 펠렛형 촉매를 완성하였다.
Thereafter, the pellet-type catalyst was completed by baking the dried catalyst at 550 ° C. for 6 hours to remove the organic binder and improve the strength.

(2) 1,2-프로판디올의 제조(2) Preparation of 1,2-propanediol

글리세롤로부터 1,2-프로판디올을 생산하는 반응은 벤치 스케일 연속 공정에 적용하였다. 이를 위하여 상기 제조된 촉매를 반응기 내에 로딩 한 후, 반응기의 온도 조절을 위하여 반응기를 둘러싼 히팅 자켓의 온도 조절을 통해 내부 온도를 200~240℃ 사이로 유지하였다.
The reaction to produce 1,2-propanediol from glycerol was applied to a bench scale continuous process. To this end, after loading the prepared catalyst in the reactor, the internal temperature was maintained between 200 ~ 240 ℃ through the temperature control of the heating jacket surrounding the reactor for temperature control of the reactor.

실시예Example 7 ( 7 ( 펠렛형Pellet type 촉매) catalyst)

유기 바인더 MC-40H를 20g 사용(촉매 중량 대비 10중량%)하였다는 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 방법으로 펠렛형 촉매를 완성하였다.
A pellet catalyst was completed in the same manner as in Example 6, except that 20 g of the organic binder MC-40H was used (10 wt% based on the weight of the catalyst).

비교예Comparative Example 1 One

(1) 촉매의 제조(1) Preparation of Catalyst

촉매 중 구리와 크롬의 원자수의 몰비가 1:2가 되도록 구리 및 크롬 전구체의 첨가량을 조절하여 증류수 350mL에 녹여서 제 1용액을 제조하였다. 이 때 상기 구리 전구체는 질산구리, 크롬 전구체는 질산크롬을 사용하였다.The first solution was prepared by adjusting the addition amount of the copper and chromium precursors so that the molar ratio of the atomic number of copper and chromium in the catalyst was 1: 2, and then dissolving it in 350 mL of distilled water. In this case, the copper precursor was copper nitrate, and the chromium precursor was chromium nitrate.

수산화나트륨 24g을 증류수 200mL에 녹여 제 2용액을 제조하고, pH를 측정하면서 pH가 10이 될 때까지 교반해주면서 상기 제 1용액에 상기 제 2용액을 첨가하여 침전물을 형성하였다.24 g of sodium hydroxide was dissolved in 200 mL of distilled water to prepare a second solution, and the precipitate was formed by adding the second solution to the first solution while stirring until the pH was 10 while measuring pH.

다음으로, 침전물이 형성된 상기 용액의 온도를 70℃로 유지하고 4시간 동안 교반하면서 침전물을 숙성시켰다. 상기 침전물을 필터링하여 침전물을 걸러내고 1000mL의 증류수로 세척한 다음, 80℃에서 24시간 동안 건조한 후, 건조된 침전물을 분쇄하여 입자를 고르게 하였다. 다음으로 550℃의 온도 및 공기 분위기 하에서 6시간 동안 소성하여 구리-크롬 촉매를 제조하였다.
Next, the precipitate was aged while maintaining the temperature of the solution in which the precipitate was formed at 70 ° C. and stirring for 4 hours. The precipitate was filtered to filter the precipitate, washed with 1000 mL of distilled water, dried at 80 ° C. for 24 hours, and then the dried precipitate was ground to uniform particles. Next, the resultant was calcined for 6 hours at a temperature of 550 ° C. and an air atmosphere to prepare a copper-chromium catalyst.

(2) 1,2-프로판디올의 제조(2) Preparation of 1,2-propanediol

상기 비교예 1의 (1)에서 제조된 촉매를 사용하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정으로 1,2-프로판디올을 제조하였다.
1,2-propanediol was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst prepared in (1) of Comparative Example 1 was used.

비교예Comparative Example 2 2

염화팔라듐 대신 염화루테늄을 전체 촉매 중량 중 루테늄의 중량이 0.3중량%이 되도록 염화루테늄의 양을 계산하여 첨가한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 촉매를, 실시예 6과 동일한 방법으로 성형하여 펠렛형 촉매를 제조하였다.
A catalyst prepared in the same manner as in Example 1 was used, except that ruthenium chloride was added instead of palladium to calculate the amount of ruthenium chloride so that the weight of ruthenium was 0.3% by weight. It was molded by the method to prepare a pellet catalyst.

비교예Comparative Example 3 3

염화팔라듐 대신 염화백금을 전체 촉매 중량 중 백금의 중량이 0.3중량%이 되도록 염화백금의 양을 계산하여 첨가한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 촉매를, 실시예 6과 동일한 방법으로 성형하여 펠렛형 촉매를 제조하였다.
A catalyst prepared in the same manner as in Example 1 was used except that platinum chloride was added instead of palladium to calculate the amount of platinum chloride so that the weight of platinum was 0.3% by weight of the total catalyst. It was molded by the method to prepare a pellet catalyst.

비교예Comparative Example 4 4

(1) 촉매의 제조(1) Preparation of Catalyst

염화팔라듐을 전혀 사용하지 않았다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 촉매를, 실시예 6과 동일한 방법으로 성형하여 펠렛형 촉매를 제조하였다.
Except that no palladium chloride was used at all, a catalyst prepared in the same manner as in Example 1 was molded in the same manner as in Example 6 to prepare a pellet catalyst.

(2) 1,2-프로판디올의 제조(2) Preparation of 1,2-propanediol

상기 비교예 5의 (1)에서 제조된 촉매를 사용하였다는 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 과정으로 1,2-프로판디올을 제조하였다.
1,2-propanediol was prepared in the same manner as in Example 6, except that the catalyst prepared in (1) of Comparative Example 5 was used.

비교예Comparative Example 5  5

상기 실시예 1에 의해 제조된 팔라듐/구리-크롬 촉매 파우더 200g을 펠리타이저(pelletizer)의 호퍼에 로딩하여, 압력 및 회전판의 회전 속도를 적절히 움으로써 펠렛화를 수행하였다. 이로써 유기바인더 및 기타 첨가물의 첨가과정 없이 펠렛형 촉매를 제조하였다.
200 g of the palladium / copper-chromium catalyst powder prepared in Example 1 was loaded into a hopper of a pelletizer, and pelletization was performed by appropriately increasing the pressure and rotational speed of the rotating plate. This produced a pellet catalyst without the addition of the organic binder and other additives.

비교예Comparative Example 6  6

유기바인더 MC-40H 2g (촉매 중량 대비 1중량%)을 사용하였다는 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 6, except that 2 g of organic binder MC-40H (1 wt% based on the weight of the catalyst) was used.

비교예Comparative Example 7( 7 ( 펠렛화Pelletized 방법) Way)

유기바인더 MC-40H 40g (촉매 중량 대비 20중량%)을 사용하였다는 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 6, except that 40 g of organic binder MC-40H (20 wt% based on the weight of the catalyst) was used.

평가evaluation

1.One. 촉매의 결정구조 및 환원 후 구조 확인을 위한 For the crystal structure of the catalyst and the structure after reduction XRDXRD 분석 analysis

실시예 1~5 및 비교예 1에 의해 제조된 촉매의 결정구조 및 환원 후 구조를 관찰하기 위하여 XRD 분석을 수행하였다.XRD analysis was performed to observe the crystal structure and the structure after reduction of the catalysts prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1.

도 1은 실시예 1~5 및 비교예 1에 의해 제조된 촉매의 XRD 그래프이고, 도 2는 환원이 완료된 실시예 1~5 및 비교예 1에 의해 제조된 촉매의 XRD 그래프이다.1 is an XRD graph of the catalysts prepared by Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, and FIG. 2 is an XRD graph of the catalysts prepared by Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 where the reduction is completed.

도 1에서 우선 확인할 수 있듯, 실시예 1~5 및 비교예 1에 의해 제조된 촉매의 XRD 분석결과, 비교예 1에 의해 제조된 구리-크롬 촉매는 정방정계 스피넬(tetragonal spinel) 구조를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 팔라듐이 포함된 실시예 1~5의 촉매 역시 정방정계 스피넬(tetragonal spinel) 구조를 지니고 있는 것을 확인하였다.As can be seen first in Figure 1, XRD analysis of the catalyst prepared by Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the copper-chromium catalyst prepared by Comparative Example 1 shows that the tetragonal spinel (tetragonal spinel) structure Could know. In addition, it was confirmed that the catalysts of Examples 1 to 5 containing palladium also have a tetragonal spinel structure.

특히 실시예 4, 5의 경우, 크롬산화물(Cr2O3)에 해당되는 XRD 특성 피크를 확인할 수 있었으며, 이는 구리와 팔라듐이 구리-크롬 구조 형성 온도보다 낮은 온도에서 합금 형태를 갖게 되어 구리-크롬을 형성하지 못한 크롬이 산화물 형태를 가졌기 때문인 것으로 판단되었다.Particularly, in Examples 4 and 5, XRD characteristic peaks corresponding to chromium oxide (Cr 2 O 3 ) could be confirmed, which means that copper and palladium had an alloy form at a temperature lower than the copper-chromium structure formation temperature, thereby resulting in copper- It was judged that the chromium that did not form chromium had an oxide form.

한편, 환원과정은 300℃의 수소 분위기에서 2시간 동안 진행하였는데, 도 2에서 확인할 수 있듯, 환원된 비교예 1의 촉매는 입방 스피넬(cubic spinel) 구조를 갖는 것을 확인하였다. 또한 팔라듐이 포함된 실시예 1~5의 촉매 역시 입방 스피넬(cubic spinel) 구조를 지니고 있는 것을 확인하였고, 크롬 산화물은 환원되지 않음을 확인하였다.
On the other hand, the reduction process was carried out for 2 hours in a hydrogen atmosphere of 300 ℃, as can be seen in Figure 2, it was confirmed that the reduced catalyst of Comparative Example 1 has a cubic spinel (cubic spinel) structure. In addition, it was confirmed that the catalysts of Examples 1 to 5 including palladium also have a cubic spinel structure, and the chromium oxide was not reduced.

2.2. 촉매의 Catalyst TPRTPR 분석 analysis

촉매의 환원 특성을 파악하기 위하여 TPR 분석을 실시하였다. 환원이 완료된 후의 촉매는 구조적으로 동일하지만, 환원 과정에서의 팔라듐의 영향을 확인하기 위함이다.TPR analysis was performed to determine the reduction characteristics of the catalyst. After the reduction is completed, the catalyst is structurally the same, but to confirm the effect of palladium in the reduction process.

도 3은 실시예 1~5 및 비교예 1의 환원이 완료된 후의 촉매에 대한 TPR 분석 그래프이다. 3 is a graph of TPR analysis for the catalyst after the reduction of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 is completed.

도 3에서 확인할 수 있듯, 비교예 1의 촉매는 150℃ 부근에서 하나의 큰 환원 피크를 확인할 수 있었다. 팔라듐이 담지됨에 따라 100℃ 부근에서 새로운 환원 피크가 형성되는 것을 확인하였고, 실시예 1~4에서 알 수 있듯, 그 피크의 크기가 커짐을 확인할 수 있다. 이는 팔라듐이 촉매에 도입됨으로써 촉매 자체의 환원성이 향상되는 것으로 볼 수 있다.
As can be seen in Figure 3, the catalyst of Comparative Example 1 was able to identify one large reduction peak in the vicinity of 150 ℃. As the palladium is supported, it was confirmed that a new reduction peak is formed at around 100 ° C., and as can be seen in Examples 1 to 4, it can be seen that the size of the peak is increased. It can be seen that the reduction of the catalyst itself is improved by introducing palladium into the catalyst.

3.3. 촉매의 Catalyst XPSXPS 분석 analysis

스피넬 구조의 구리-크롬 촉매는 환원 과정을 거치면서 격자 내의 Cu가 표면으로 드러나면서 나노 크기의 Cu 파티클이 형성되는데, 이러한 파티클은 본 반응에서 활성점으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 반응에 직접적으로 참여하는 표면의 Cu0의 비율을 확인하기 위하여, XPS 분석을 실시하였다.Spinel-structured copper-chromium catalysts are exposed to the surface of Cu in the lattice as a result of the reduction process to form nano-sized Cu particles, which are known to act as active sites in the present reaction. Therefore, in order to confirm the ratio of Cu 0 of the surface directly participating in the reaction, XPS analysis was performed.

도 4는 비교예 1에 의해 제조된 촉매에 대하여 환원 전/후로 XPS 분석을 실시한 그래프이다.4 is a graph of XPS analysis before and after reduction of the catalyst prepared in Comparative Example 1.

도 5는 실시예 3에 의해 제조된 촉매에 대하여 환원 전/후로 XPS 분석을 실시한 그래프이다.5 is a graph of XPS analysis before and after reduction of the catalyst prepared in Example 3.

XPS 분석결과, 환원 후 촉매의 활성점이라 할 수 있는 Cu0의 경우 실시예 3에 의해 제조된 촉매에서 매우 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다. As a result of the XPS analysis, it was confirmed that Cu 0 , which is an active point of the catalyst after reduction, was very high in the catalyst prepared in Example 3.

즉, 비교예 1 및 실시예 3의 XPS 분석을 통한 구리의 산화상태는 하기 표 1과 같은 바, 본 발명의 촉매는 팔라듐을 담지함으로써, 환원 후 촉매의 활성점인 Cu0의 양이 늘어난 것을 확인할 수 있었다.
That is, the oxidation state of copper through the XPS analysis of Comparative Example 1 and Example 3 is as shown in Table 1, the catalyst of the present invention is carried by palladium, so that the amount of Cu 0 , the active point of the catalyst after reduction is increased I could confirm it.

실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 환원전Before reduction 환원후After reduction 환원전Before reduction 환원후After reduction Cu2 + Cu 2 + 0.770.77 0.460.46 0.730.73 0.650.65 Cu0 Cu 0 0.230.23 0.540.54 0.270.27 0.350.35

4.4. 글리세롤의 1,2-1,2- of glycerol 프로판디올Propanediol 전환율, 선택도, 수율 측정 Measure conversion, selectivity, and yield

상기 실시예 1~5의 촉매 및 비교예 1의 촉매를 글리세롤의 1,2-프로판디올의 전환반응에 이용하였다. 1,2-프로판디올의 제조방법은 상기 실시예 1에 기재한 바와 같다.The catalysts of Examples 1 to 5 and the catalyst of Comparative Example 1 were used for the conversion reaction of 1,2-propanediol of glycerol. The method for preparing 1,2-propanediol is as described in Example 1 above.

도 6은 수소의 압력이 40bar인 경우, 실시예 1~5의 촉매, 비교예 1의 촉매를 이용한 글리세롤의 1,2-프로판디올 제조반응에서의 전환율, 선택도 및 수율을 측정한 그래프이다.6 is a graph measuring the conversion, selectivity and yield in the production of 1,2-propanediol of glycerol using the catalyst of Examples 1 to 5 and the catalyst of Comparative Example 1 when the pressure of hydrogen is 40 bar.

도 7은 수소의 압력이 60bar인 경우, 실시예 1~5의 촉매, 비교예 1의 촉매를 이용한 글리세롤의 1,2-프로판디올 제조반응에서의 전환율, 선택도 및 수율을 측정한 그래프이다.FIG. 7 is a graph measuring conversion, selectivity and yield of 1,2-propanediol in the reaction of glycerol using the catalyst of Examples 1 to 5 and the catalyst of Comparative Example 1 when the pressure of hydrogen is 60 bar.

도 6, 7에서 확인할 수 있듯, 팔라듐이 담지되면서 두 반응 조건에서 모두 본 발명의 촉매(실시예 1~5)의 활성이 향상된 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figures 6 and 7, it was confirmed that the activity of the catalyst of the present invention (Examples 1 to 5) was improved under both reaction conditions while supporting palladium.

반응활성은 볼케이노 커브를 그리며, 특히 실시예 2와 3의 촉매가 가장 높은 촉매활성을 보이는 것을 알 수 있었다. 이는 상기한 TPR 및 XPS 분석결과를 고려하여 보았을 때, 촉매의 환원성이 향상되며, 촉매 표면에 본 반응의 활성점인 Cu0의 수가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다.
The reaction activity shows a volcano curve, and in particular, the catalysts of Examples 2 and 3 show the highest catalytic activity. This may be because the reduction of the catalyst is improved in view of the TPR and XPS analysis results, and the number of Cu 0 , which is an active point of the present reaction, increases on the surface of the catalyst.

5.5. 촉매의 성형성 실험Moldability Test of Catalyst

연속공정에 적용하기 위하여는 본 발명의 촉매를 성형하여야 하는바, 실시예 6, 7 및 비교예 5~7에 기재된 방법에 따라 촉매를 성형한 실험결과를 하기 표 2에 정리하였다.
In order to apply to the continuous process, the catalyst of the present invention should be molded, and the experimental results of molding the catalyst according to the methods described in Examples 6 and 7 and Comparative Examples 5 to 7 are summarized in Table 2 below.

구분division 촉매성형방법Catalytic Molding Method 유기바인더Organic binder 유기바인더 배합비율Organic Binder Mixing Ratio 촉매성형결과Catalytic Molding Results 실시예 6Example 6 압출성형Extrusion molding MC-40HMC-40H 촉매 전체 중량대비 5wt%5wt% of the total weight of the catalyst 펠렛형 촉매 성형Pelletized Catalyst Forming 실시예 7Example 7 압출성형Extrusion molding MC-40HMC-40H 촉매 전체 중량대비 10wt%10wt% of the total weight of the catalyst 펠렛형 촉매 성형Pelletized Catalyst Forming 비교예 5Comparative Example 5 펠렛성형Pellet molding -- -- 성형 안됨Not molded 비교예 6Comparative Example 6 압출성형Extrusion molding MC-40HMC-40H 촉매 전체 중량대비 1wt%1wt% of the total weight of the catalyst 성형 안됨Not molded 비교예 7Comparative Example 7 압출성형Extrusion molding MC-40HMC-40H 촉매 전체 중량대비 20wt%20wt% of the total weight of the catalyst 성형 안됨Not molded

먼저, 비교예 5의 경우 촉매 파우더의 흐름성이 좋지 않아서 원료 호퍼에서 펠렛화 플레이트(pelletizing plate)로 촉매 파우더가 들어가지 않았다. 또한 촉매 파우더 자체의 뭉침 현상이 매우 강하여 공기 상에 노출되면 공기 중의 수분을 흡수하여 덩어리지는 현상이 발견되었다. 이러한 현상은 펠렛 성형법을 사용함에 있어서 가장 좋지 않은 조건으로, 흐름성 개선 및 뭉침 현상 방지를 위하여 실리카, 알루미나 등의 첨가제를 첨가하였을 경우에도 뭉침 현상은 개선되지 않았다. 따라서 본 발명의 팔라듐/구리-크롬 촉매의 경우 비교예 5와 같이 펠렛 성형법을 통해서는 성형이 불가능함을 확인하였다.First, in Comparative Example 5, the catalyst powder did not flow into the pelletizing plate from the raw material hopper because of poor flowability of the catalyst powder. In addition, agglomeration of the catalyst powder itself is very strong, and when exposed to air, the phenomenon of absorbing and agglomeration of moisture in the air was found. This phenomenon is the worst condition in using the pellet forming method, even if the additives such as silica, alumina, etc. in order to improve the flowability and prevent the aggregation phenomenon was not improved. Therefore, in the case of the palladium / copper-chromium catalyst of the present invention, it was confirmed that molding was impossible through the pellet molding method as in Comparative Example 5.

압출성형법을 사용한 실시예 6, 7 및 비교예 6, 7를 통하여, 유기 바인더의 사용 정도에 따라 성형의 가능 유무가 달라짐을 확인하였다.Through Examples 6, 7 and Comparative Examples 6, 7 using the extrusion method, it was confirmed that the possibility of molding varies depending on the degree of use of the organic binder.

비교예 6의 경우, 유기 바인더의 양이 적어 촉매 성형을 위한 반죽이 형성되지 않았다. 비교예 7의 경우 유기 바인더의 양이 너무 많아 촉매 반죽의 점성이 너무 높아 압출기 벽면과의 점착성이 증가하여 제대로 된 촉매 성형을 할 수 없었다.In the case of Comparative Example 6, the amount of the organic binder was small so that the dough for the catalyst molding was not formed. In the case of Comparative Example 7, the amount of the organic binder was so large that the viscosity of the catalyst dough was so high that the adhesion to the wall of the extruder increased, so that proper catalyst molding could not be performed.

확인 결과, 실시예 6, 7과 같이, 사용된 유기 바인더의 양이 촉매 전체 중량 대비 5~10중량%인 경우 가장 좋은 형태의 촉매 반죽을 얻을 수 있었고, 펠렛형의 촉매를 얻을 수 있었다. As a result, as in Examples 6 and 7, when the amount of the organic binder used was 5 to 10% by weight based on the total weight of the catalyst, the best type of catalyst dough could be obtained, and a pellet-type catalyst could be obtained.

유기 바인더의 경우, 촉매 성형 후 반드시 제거해주어야 하며, 제거하지 않았을 경우 촉매의 비활성화 및 활성 감소를 유발하는 원인이 되기도 한다.In the case of the organic binder, it must be removed after the catalyst molding, and if not removed, it may cause deactivation and deactivation of the catalyst.

다수의 실험결과, 24시간 건조 후, 550℃의 온도에서 6시간 소성을 거친 후 유기 바인더가 모두 제거되는 것을 확인하였다. 550℃보다 낮은 온도의 경우 유기 바인더가 완전히 제거되지 않았고, 550℃보다 높은 온도의 경우 팔라듐/구리-크롬 촉매 내 금속의 소결 현상으로 스피넬 구조가 무너짐을 확인할 수 있었다.
As a result of numerous experiments, it was confirmed that all organic binders were removed after 24 hours of drying and 6 hours of baking at a temperature of 550 ° C. At temperatures lower than 550 ° C., the organic binder was not completely removed. At temperatures higher than 550 ° C., the spinel structure collapsed due to sintering of the metal in the palladium / copper-chromium catalyst.

6.6. 첨가된 귀금속의 종류에 따른 활성 비교 실험Comparison of activity according to the type of added precious metal

제조/성형된 촉매의 활성 분석을 위하여 첨가된 귀금속의 종류에 대한 효과를 실험하였다.The effect on the type of added precious metals was tested for the activity analysis of the prepared / molded catalysts.

도 8은 귀금속의 종류에 따른 촉매별 글리세롤 수소화 분해 반응의 전환율, 선택도, 수율을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the conversion, selectivity, and yield of the glycerol hydrocracking reaction for each catalyst according to the type of precious metal.

도 9는 생성물 분석을 통한 촉매 별 글리세롤 수소화 분해 반응의 결과물 분포를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the result distribution of the glycerol hydrocracking reaction for each catalyst through the product analysis.

수소 친화도를 높일 수 있는 귀금속 후보군 중 팔라듐, 루테늄, 백금 3종의 귀금속 후보군을 선정 후, 상기 귀금속을 1중량% 첨가한 구리-크롬 촉매를 제조하였다. After selecting three kinds of palladium, ruthenium, and platinum noble metal candidates among noble metal candidates capable of increasing hydrogen affinity, a copper-chromium catalyst in which 1% by weight of the noble metal was added was prepared.

각각의 배치 테스트(batch test) 결과를 도 8, 도 9에 나타내었다(반응조건: 220℃, 60bar, H2). The results of each batch test are shown in FIGS. 8 and 9 (reaction conditions: 220 ° C., 60 bar, H 2 ).

도 8에서 볼 수 있듯, 팔라듐을 담지한 본 발명의 실시예 6에 의한 촉매의 경우가 가장 좋은 1,2-프로판디올 수율을 나타내었다.As can be seen in Figure 8, the catalyst according to Example 6 of the present invention carrying palladium showed the best yield of 1,2-propanediol.

첨가한 귀금속의 종류에 따른 차이점을 확인하기 위하여 생성물을 분석하여 도 9에 나타내었다. 팔라듐의 경우 본 발명에서 의도한 수소첨가분해 반응쪽으로 활성이 증가하여 1,2-프로판디올에 대한 수율이 증가한 반면, 백금의 경우에는 C-O 결합 분열(bond cleavage)보다 C-C 결합 분열 쪽으로 반응활성이 증가하여 에틸렌글리콜의 양이 늘어나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 루테늄의 경우 수소첨가분해 반응이 과하게 일어나 1-프로판올까지 분해반응이 진행되어 1,2-프로판디올의 양이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.In order to confirm the difference according to the type of added precious metals, the product is analyzed and shown in FIG. 9. In the case of palladium, the activity increased toward 1,2-propanediol by increasing the activity toward the hydrocracking reaction intended in the present invention, whereas in the case of platinum, the reaction activity was increased toward CC bond cleavage rather than CO bond cleavage. It was confirmed that the amount of ethylene glycol increased. In addition, in the case of ruthenium, the hydrocracking reaction occurred excessively, so that the decomposition reaction proceeded to 1-propanol, and thus the amount of 1,2-propanediol was reduced.

이상의 실험을 통해 귀금속 중 글리세롤로부터 1,2-프로판디올을 생산하기 위해 낮은 수소압에서 반응활성을 높일 수 있는 귀금속으로는 팔라듐이 가장 적합함을 확인할 수 있었다.
Through the above experiments, it was confirmed that palladium is most suitable as a noble metal which can increase the reaction activity at low hydrogen pressure to produce 1,2-propanediol from glycerol among precious metals.

7.7. 연속공정 적용실험 Continuous process application experiment

실시예 6에 의하여 성형이 완료된 펠렛형 팔라듐/구리-크롬 촉매의 활성을 알아보기 위하여 벤치 스케일 연속공정에 적용하였다.In order to investigate the activity of the pelletized palladium / copper-chromium catalyst completed by Example 6, it was applied to a bench scale continuous process.

연속 공정에서의 반응 조건을 결정하기 위하여 실시예 6의 촉매를 반응기 내에 로딩한 후, 상기 실시예 6에 기재한 조건으로 연속 반응을 수행하였다. 반응기의 온도 조절을 위하여 반응기를 둘러싼 히팅자켓의 온도 조절을 통해 내부 온도를 조절하였다.After loading the catalyst of Example 6 into the reactor to determine the reaction conditions in the continuous process, the continuous reaction was carried out under the conditions described in Example 6. In order to control the temperature of the reactor, the internal temperature was controlled by controlling the temperature of the heating jacket surrounding the reactor.

상기 연속 공정은 발열 반응으로서, 배치(batch) 반응기와는 달리, 반응물이 연속해서 계속 들어오는 구조이기 때문에, 반응에 의한 반응열로 인하여 배치 반응시와는 최적의 반응 수율을 나타내는 반응 온도가 다르게 된다.Since the continuous process is an exothermic reaction, unlike the batch reactor, since the reactants continuously enter the structure, the reaction temperature showing the optimum reaction yield is different due to the heat of reaction by the reaction.

다수의 실험 결과, 연속 반응기 내부의 온도는 200~240℃, 더욱 바람직하게는 205~220℃의 수준을 유지하고 있어야 함을 확인하였다. As a result of numerous experiments, it was confirmed that the temperature inside the continuous reactor should be maintained at a level of 200 to 240 ° C, more preferably 205 to 220 ° C.

또한, 차가운 상태의 반응물이 반응기의 촉매존과 만났을 때, 급작스런 가열로 인해 반응기를 지날 때까지 가열로 인하여 반응기를 지날 때까지 반응물이 활성 상태로 될 수 없는 현상이 발생하거나 히트 쇼크에 의한 촉매 파괴 및 코킹 문제를 해결하기 위하여 반응기 전단의 프리히터 존(pre-heater zone)으로 반응물에 약간의 열을 전달해야 한다.In addition, when the reactant in the cold state meets the catalyst zone of the reactor, the phenomenon that the reactant cannot be active until the reactor passes by the heating until it passes through the reactor due to sudden heating occurs or the catalyst is destroyed by heat shock. And some heat must be transferred to the reactants in the pre-heater zone in front of the reactor to solve the coking problem.

다수의 실험을 거쳐, 반응기 전단의 온도와 수율의 상관관계를 확인하였다.Through a number of experiments, the relationship between temperature and yield at the front end of the reactor was confirmed.

도 10은 실시예 6의 촉매를 활용한 연속 공정 실험에서 반응시간에 따른 1,2-프로판디올의 수율을 나타낸 그래프이다. 초기 0~100시간의 반응기 전단 프리히터 존의 온도는 100℃, 100시간 이후의 프리히터 존의 온도는 200℃였다. 반응 수소압력은 60bar로 고정하였다.10 is a graph showing the yield of 1,2-propanediol with reaction time in a continuous process experiment using the catalyst of Example 6. The temperature of the reactor shear preheater zone of the initial 0-100 hours was 100 degreeC, and the temperature of the preheater zone after 100 hours was 200 degreeC. The reaction hydrogen pressure was fixed at 60 bar.

도 10에서 알 수 있듯, 반응기 전단의 프리히터 존의 온도가 100℃일 경우, 충분히 반응물이 가열되지 못하여 반응기를 연속적으로 지나가면서 충분히 반응되지 않는 현상을 확인할 수 있었다. 이 경우 최대 얻을 수 있는 수율보다 약 10% 가량 수율이 감소하였다.As can be seen in Figure 10, when the temperature of the pre-heater zone of the front end of the reactor is 100 ℃, it was confirmed that the reaction is not sufficiently reacted while passing the reactor continuously because the reactant is not sufficiently heated. In this case, the yield was reduced by about 10% from the maximum yield.

그러나, 반응기 전단의 프리히터 존의 온도가 200℃일 경우, 최대 수율에 도달하는 것을 확인하였다. However, it was confirmed that the maximum yield was reached when the temperature of the preheater zone at the front end of the reactor was 200 ° C.

즉, 도 10을 통하여 연속공정에서, 반응기 내부의 온도 조절도 중요하지만, 반응기에 도달하기 전, 반응물에 열을 공급해주는 전단의 프리히터 존의 온도가 더욱 중요하며, 이 때의 최적 온도는 150~250℃, 더욱 바람직하게는 180 ~ 220℃임을 확인할 수 있었다.
That is, in the continuous process through Fig. 10, the temperature control inside the reactor is also important, but before reaching the reactor, the temperature of the preheater zone of the front end to supply heat to the reactant is more important, the optimum temperature is 150 It could be confirmed that the ~ 250 ℃, more preferably 180 ~ 220 ℃.

또한, 비교예 4의 촉매와 실시예 6의 촉매의 연속공정 적용시 우수성을 비교실험하였다.In addition, the superiority in the continuous process application of the catalyst of Comparative Example 4 and the catalyst of Example 6 was compared.

도 11은 실시예 6 및 비교예 4의 촉매를 연속 공정에 적용한 경우, 1,2-프로판디올의 수율을 비교한 그래프이다.11 is a graph comparing the yields of 1,2-propanediol when the catalysts of Example 6 and Comparative Example 4 are applied to a continuous process.

비교예 4의 촉매는 80bar에서 반응을 진행하였는데, 초기에는 80%의 수율을 보였지만, 시간이 지날수록 반응 활성이 떨어져 비활성화에 의한 수율 감소 현상이 발생하였다.In Comparative Example 4, the catalyst was reacted at 80 bar, but initially showed a yield of 80%. However, as time passed, the reaction activity decreased, resulting in a decrease in yield due to deactivation.

이에 비하여 실시예 6의 촉매는 60bar에서 연속 공정을 수행하였음에도 불구하고 비교예 4와 거의 같은 80% 이상의 수율을 보이는 것을 확인하였다. 또한 장시간의 반응을 계속 수행하여도 수율에 큰 변화가 없이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, the catalyst of Example 6 was found to show a yield of about 80% or more, which was almost the same as that of Comparative Example 4, although the continuous process was performed at 60 bar. In addition, even if the reaction continued for a long time it was confirmed that the yield is maintained without significant change.

이로써 조촉매로 첨가된 팔라듐에 의해서, 촉매의 활성이 높아졌다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 팔라듐이 금속 격자 내부에 C 원자들을 잡아두는 현상에 의해 비교예 4의 촉매의 경우보다 코킹이 덜 발생하는 것으로 해석할 수 있었다.
This confirmed that the activity of the catalyst was increased by the palladium added as a promoter. In addition, palladium trapped C atoms in the metal lattice could be interpreted to cause less coking than the catalyst of Comparative Example 4.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라, 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

Claims (16)

(A) 팔라듐; 및
(B) 구리-크롬 촉매;를 포함하며,
상기 (A) 팔라듐은 (B) 구리-크롬 촉매의 조촉매인 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매.
(A) palladium; And
(B) a copper-chromium catalyst;
Palladium (A) is a catalyst for 1,2-propanediol production reaction of glycerol, characterized in that (B) is a promoter of copper-chromium catalyst.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 (A) 팔라듐, (B) 구리-크롬 촉매를 포함하는 촉매는 펠렛형태인 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The catalyst comprising the (A) palladium, (B) copper-chromium catalyst is in the form of a pellet, the catalyst for 1,2-propanediol production reaction of glycerol.
제 1항에 있어서,
상기 (A) 팔라듐의 함량은 0.3~10중량%인 것을 특징으로 하는, 글리세롤의 1,2-프로판디올 생산 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The catalyst for the 1,2-propanediol production reaction of glycerol, characterized in that the content of (A) palladium is 0.3 to 10% by weight.
글리세롤의 수소첨가 분해반응에 의한 1,2-프로판디올의 제조방법에 있어서,
상기 수소첨가 분해반응은,
(A) 팔라듐; 및
(B) 구리-크롬 촉매;를 포함하며,
상기 (A) 팔라듐은 (B) 구리-크롬 촉매의 조촉매인 것을 특징으로 하는 촉매에 의하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
In the method for producing 1,2-propanediol by hydrocracking reaction of glycerol,
The hydrocracking reaction is,
(A) palladium; And
(B) a copper-chromium catalyst;
(A) The palladium is a production method, characterized in that by the catalyst characterized in that (B) a copper-chromium catalyst as a promoter.
삭제delete 제 5항에 있어서,
상기 (A) 팔라듐, (B) 구리-크롬 촉매를 포함하는 촉매는 1,2-프로판디올을 연속으로 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. The method of claim 5,
The catalyst comprising the (A) palladium, (B) copper-chromium catalyst is characterized in that the 1,2-propanediol to be produced continuously.
제 5항에 있어서,
상기 (A) 팔라듐의 함량은 0.3~10중량%인 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. The method of claim 5,
The content of palladium (A) is 0.3 to 10% by weight of the production method.
제 7항에 있어서,
연속 제조시 연속 반응기 내부 온도는 200~240℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. The method of claim 7,
The continuous reactor internal temperature during the manufacturing method is characterized in that 200 ~ 240 ℃.
제 7항에 있어서,
연속 제조시 연속 반응기 전단의 프리히터 존의 온도는 150~250℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. The method of claim 7,
The temperature of the preheater zone at the front end of the continuous reactor during continuous production is characterized in that the 150 ~ 250 ℃.
비귀금속계 금속 전구체로서 크롬 전구체 화합물, 구리 전구체 화합물 중 선택된 1종 이상 및 귀금속계 금속 전구체로서 팔라듐 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비하는 단계;
상기 금속 전구체 용액의 pH를 7~13으로 조절하여 침전물을 형성하는 단계;
상기 침전물을 숙성시키는 단계;
상기 숙성된 침전물을 여과하고 건조하는 단계;
상기 건조된 침전물을 하소하는 단계; 및
상기 하소된 촉매 파우더에 유기바인더를 첨가하고 반죽한 후 압출 성형하는 단계;
를 포함하는 1,2-프로판디올 제조용 촉매의 제조방법.
Preparing a metal precursor solution by dissolving a chromium precursor compound as a non-noble metal-based metal precursor, at least one selected from a copper precursor compound, and a palladium precursor compound as a noble metal-based precursor in a solvent;
Adjusting the pH of the metal precursor solution to 7-13 to form a precipitate;
Aging the precipitate;
Filtering and drying the aged precipitate;
Calcining the dried precipitate; And
Adding an organic binder to the calcined catalyst powder, kneading and extruding;
Method for producing a catalyst for producing 1,2-propanediol comprising a.
삭제delete 삭제delete 제 11항에 있어서,
상기 하소는 공기 분위기 또는 산소 분위기 하에서 400~700℃의 온도범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 1,2-프로판디올 제조용 촉매의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The calcination is a method for producing a catalyst for producing 1,2-propanediol, characterized in that carried out in an air or oxygen atmosphere in the temperature range of 400 ~ 700 ℃.
제 11항에 있어서,
상기 유기바인더는 에테르 결합을 포함하는 세라믹용 바인더 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 1,2-프로판디올 제조용 촉매의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The organic binder is a method for producing a catalyst for producing 1,2-propanediol, characterized in that it comprises one or more of the binder for the ceramic containing an ether bond.
제 11항에 있어서,
상기 압출 성형 이후 소성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1,2-프로판디올 제조용 촉매의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Method of producing a catalyst for producing 1,2-propanediol, characterized in that it further comprises the step of firing after the extrusion.
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