KR101378610B1 - Ammoxidation catalyst of xylene and method for preparing dicyanobenzene by using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자일렌의 암옥시화 반응에 유용한 암옥시화 반응용 촉매 및 이를 이용하여 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 암옥시화 반응용 촉매는 (a) 바나듐(V); 크롬(Cr); 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 이들 모두; 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소; 및 망간(Mn)으로 이루어진 산화물, 또는 (b) 바나듐(V); 크롬(Cr); 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 이들 모두; 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소; 망간(Mn); 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소로 이루어진 산화물을 함유하는 촉매 활성 성분과, TiO2 및 금속 보레이트를 함유하는 담체 성분을 포함하는 것이 특징이다.
본 발명의 암옥시화 반응용 촉매를 이용함으로써, 고정상 반응기에서 자일렌의 암옥시화 반응이 수행되더라도 반응열이 용이하게 제어될 수 있어 반응 안전성이 확보될 수 있다. The present invention relates to a catalyst for the dark oxidization reaction useful for the dark oxidization of xylene and to a process for producing dicyanobenzene from xylene using the same, the catalyst for dark oxidization reaction is (a) vanadium (V ); Chromium (Cr); Molybdenum (Mo), tungsten (W) or both; At least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals; And an oxide consisting of manganese (Mn), or (b) vanadium (V); Chromium (Cr); Molybdenum (Mo), tungsten (W) or both; At least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals; Manganese (Mn); A catalytically active component containing an oxide composed of at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb) and antimony (Sb), and TiO 2 and a carrier component containing a metal borate.
By using the catalyst for dark oxidation reaction of the present invention, even if the dark oxidation of xylene is carried out in a fixed bed reactor, the heat of reaction can be easily controlled to ensure the reaction safety.
Description
본 발명은 고정상 반응기에서 사용할 수 있는 자일렌의 암옥시화 반응용 촉매 및 이를 이용하여 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for the dark oxidization reaction of xylene which can be used in a fixed bed reactor and a method for producing dicyanobenzene from xylene using the same.
일반적으로 디시아노벤젠(dicyanobenzene)은 메타자일렌(m-xylene)으로부터 제조되는 메타디시아노벤젠(m-dicyanobenzene, isophthalonitrile)과, 파라자일렌(p-xylene)으로부터 제조되는 파라디시아노벤젠(p-dicyanobenzene)을 의미하는데, 이러한 디시아노벤젠은 합성수지나 의약, 농약, 염료 및 안료 등의 원료로 사용되는 물질이다.In general, dicyanobenzene (m-dicyanobenzene, isophthalonitrile) prepared from m-xylene, and para-dicyanobenzene (p-xylene) prepared from (p-xylene) -dicyanobenzene), which is used as a raw material for synthetic resins, medicines, pesticides, dyes and pigments.
디시아노벤젠을 제조하는 방법은 당 업계에서 오래 전부터 알려져 왔고, 이에 사용되는 촉매에 대해서도 여러 가지가 제안되고 있다. 한편, 알킬기가 치환된 방향족 화합물을 촉매의 존재하에서 암모니아 및 산소 또는 산소 함유 가스와 기상 반응시키는 암옥시화 반응(ammoxidation)은 반응열이 높은 발열 반응 공정이다. 특히, 디시아노벤젠과 같이 2개의 알킬기를 동시에 니트릴기로 전환해야 하는 암옥시화 반응의 경우, 발열량이 너무 크기 때문에, 반응열을 조절하기 어렵다. 이 때문에, 공업적으로는 반응열을 조절하기 용이한 유동층(fluidized-bed) 반응 공정이 수행되고 있다. 따라서, 암옥시화 반응에 이용되는 촉매 또한 대부분이 유동층 반응 공정에 적합한 촉매가 개발 및 제안되고 있다.Methods of preparing dicyanobenzene have been known for a long time in the art, and various proposals have been made for catalysts used therein. On the other hand, the ammoxidation reaction in which the aromatic compound substituted with an alkyl group is gas phase reacted with ammonia and oxygen or an oxygen-containing gas in the presence of a catalyst is an exothermic reaction process with a high heat of reaction. In particular, in the case of dark oxidization reaction in which two alkyl groups such as dicyano benzene must be converted to a nitrile group at the same time, the calorific value is so large that it is difficult to control the reaction heat. For this reason, the fluidized-bed reaction process which is easy to control reaction heat industrially is performed. Accordingly, catalysts used for the dark oxidization reaction, most of which are suitable for the fluidized bed reaction process have been developed and proposed.
예를 들어, KR 10-364920 및 JP 특개평9-71561에는 바나듐 및 안티몬 산화물을 주성분으로 하는 유동층 암옥시화 촉매가 알려져 있다. For example, KR 10-364920 and JP 9-71561 disclose fluidized bed dark oxidation catalysts based on vanadium and antimony oxides.
또한, 다른 유동층 암옥시화 촉매의 예로서, GB 1351523에서는 바나듐, 크롬 및 붕소산화물로 이루어진 VCrBOx/SiO2 촉매에 대해 제안하고 있고, US 4,985,581에서는 바나듐산화물, 크롬산화물, 붕소산화물 및 몰리브덴 산화물로 이루어진 촉매에 대해 제안하고 있으며, EP 052367에서는 바나듐, 크롬, 붕소 및 몰리브덴 산화물에 인 성분을 추가로 함유한 VCrBMoPOx/SiO2 촉매계에 있어서, 상기 몰리브덴산화물 및 인산화물이 phosphorus molybdic acid 또는 phosphrous molybdate 화합물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 촉매에 대해 제안하고 있다. 또한, US 6,107,510에서는 EP 0525367에서 제안된 촉매계에 알칼리금속 또는 알칼리토금속이 추가되고, 몰리브덴(Mo) 또는 텡스텐(W)의 산화물이 Mo 또는 W의 헤테로폴리산(heteropolyacid)으로부터 제조되며, 인산화물이 헤테로폴리산으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 VCrBMo(or W)PKOx/SiO2계 촉매가 제안되고 있다. 이외에, CN 1500775에서는 VCrBTiPMo(or W)MOx 촉매(이때, M = 알칼리금속 또는 알칼리토금속)가 제안되고 있다.In addition, as an example of another fluidized bed dark oxidization catalyst, GB 1351523 proposes a VCrBO x / SiO 2 catalyst consisting of vanadium, chromium and boron oxide, and US 4,985,581 with vanadium oxide, chromium oxide, boron oxide and molybdenum oxide. EP 052367 proposes a catalyst consisting of, and in the VCrBMoPO x / SiO 2 catalyst system further comprising phosphorus in vanadium, chromium, boron and molybdenum oxide, the molybdenum oxide and phosphorus are phosphorus molybdic acid or phosphrous molybdate compounds. It is proposed about a catalyst which is produced from. In addition, in US Pat. No. 6,107,510, alkali metals or alkaline earth metals are added to the catalyst system proposed in EP 0525367, oxides of molybdenum (Mo) or tungsten (W) are made from heteropolyacids of Mo or W, and phosphates are heteropolyacids. A VCrBMo (or W) PKO x / SiO 2 based catalyst, which is prepared from In addition, CN 1500775 proposes a VCrBTiPMo (or W) MO x catalyst, where M = alkali metal or alkaline earth metal.
그러나, 암옥시화 반응을 유동층 반응기에서 수행하기 위해서는 사용되는 촉매가 우수한 유동성, 내마모성 및 열전달 능력이 요구된다. 특히, 촉매의 마모에 의한 후속 단계에서의 공정 트러블을 완화시키기 위해서 유동층 촉매는 내마모성이 요구되고 있다. 이를 충족하기 위해서 실리카, 알루미나 등의 무기물 바인더를 다량 사용하여 입자 강도를 개선시킨 촉매가 제안되고 있다. 그러나, 입자 강도를 개선시킨 유동층 촉매는 내마모성 향상을 위해 필수적으로 사용된 다량의 무기물 바인더와 촉매 활성 성분 간의 상호 작용으로 인해서 촉매 성능을 높이는 데 한계가 있다.However, in order to carry out the dark oxidization reaction in a fluidized bed reactor, the catalyst used requires excellent fluidity, wear resistance and heat transfer ability. In particular, fluidized bed catalysts are required to be abrasion resistant in order to alleviate process problems in subsequent steps due to wear of the catalyst. In order to satisfy this problem, a catalyst having improved particle strength by using a large amount of inorganic binders such as silica and alumina has been proposed. However, fluidized bed catalysts with improved particle strength have limitations in improving catalyst performance due to interactions between the catalytically active components and the large amounts of inorganic binders used to improve wear resistance.
한편, 전술한 유동층 촉매 이외에, 고정상 반응기(fixed-bed reactor)에서 암옥시화 반응의 수행시 사용되는 촉매(이하, '고정상 촉매'라 함)의 일례로서, VSbMo(또는 W)/Support 촉매가 있다(WO 2007/009921). 다만, 상기 촉매를 사용하여 자일렌의 암옥시화에 있어서 반응 생성열로 인한 폭주 반응(run-away)과 같은 이상 반응의 발생이 억제되고, 반응 안전성이 확보되어야 한다. 이를 위해, 낮은 농도의 자일렌, 및 자일렌 대비 과량의 암모니아를 사용하였고, 또한 희석가스로서 질소가스를 사용하고, GHSV(gas hourly space velocity)가 매우 큰 반응 조건하에서 자일렌의 암옥시화 반응을 수행하였다. 그러나, 미반응 암모니아를 회수 및 재사용해야 하고, 암모니아에 의한 생성물의 가수분해, 질소 사용 및 높은 GHSV 반응 조건에서의 암옥시화 반응 수행으로 인하여 과도한 에너지 비용이 발생되기 때문에, 상기와 같은 종래의 고정상 촉매의 이용은 공업적 측면에서 보면 만족스럽지 못하다. 이외에, US 4,018,713에서는 V2O5/Al2O3를 Nb2O5 및 알칼리금속으로 개량한 VNbMOx/α-Al2O3 계 촉매가 제안되어 있으나, 이는 디시아노 벤젠의 수율이 낮은 문제가 있다. 한편, US 5,183,793에서는 VBiSbFeOx/TiO2계 촉매가 제안되어 있으나, 이는 반응물의 농도가 낮은 조건에서 수행되면서도 자일렌의 전환율 및 디시아노벤젠의 수율이 낮은 문제점이 있다. On the other hand, in addition to the fluidized bed catalyst described above, VSbMo (or W) / Support catalyst as an example of a catalyst (hereinafter referred to as a 'fixed catalyst') used in performing the dark oxidization reaction in a fixed-bed reactor (WO 2007/009921). However, by using the catalyst, the occurrence of abnormal reactions such as run-away due to the heat of reaction generated in the dark oxidation of xylene should be suppressed, and the reaction safety should be ensured. For this purpose, low concentrations of xylene and excess ammonia compared to xylene were used, and also nitrogen gas was used as the diluent gas, and the dark oxidation reaction of xylene under reaction conditions having a very high gas hourly space velocity (GHSV) Was performed. However, the conventional stationary phase as described above has to be recovered and reused, and excessive energy costs are incurred due to the hydrolysis of the product with ammonia, the use of nitrogen and the performance of dark oxidization reactions under high GHSV reaction conditions. The use of catalysts is not satisfactory from an industrial point of view. In addition, US Pat. No. 4,018,713 proposes a VNbMO x / α-Al 2 O 3 based catalyst in which V 2 O 5 / Al 2 O 3 is converted to Nb 2 O 5 and an alkali metal, but the yield of dicyano benzene is low. There is. On the other hand, US Pat. No. 5,183,793 proposes a VBiSbFeOx / TiO 2 -based catalyst, but this has a problem in that the conversion of xylene and the yield of dicyanobenzene are low even though the concentration of the reactants is performed.
본 발명자들은 고정상 반응기에서 암옥시화 반응을 통해 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 제조시 암모니아를 과도하게 사용하지 않으면서, 높은 생산성을 갖는 반응 조건하에서도 반응 안전성을 확보할 수 있고, 나아가 높은 선택성 및 수율로 디시아노벤젠을 제조할 수 있는 자일렌의 암옥시화 반응용 고정상 촉매를 제공하고자 한다.The present inventors can secure the reaction safety even under the reaction conditions having high productivity without excessively using ammonia when preparing dicyanobenzene from xylene through a dark oxidization reaction in a fixed bed reactor, and furthermore, high selectivity and It is an object of the present invention to provide a fixed bed catalyst for dark oxidation of xylene, which can produce dicyanobenzene in yield.
또한, 상기 암옥시화 반응용 촉매를 사용하여 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 효율적으로 제조하는 방법, 및 이를 통해 제조된 디시아노벤젠을 제공하고자 한다.In addition, the present invention provides a method for efficiently preparing dicyanobenzene from xylene using the catalyst for dark oxidization reaction, and a dicyanobenzene prepared thereby.
본 발명은 자일렌의 암옥시화 반응용 촉매를 제공하는데, 상기 암옥시화 반응용 촉매는 The present invention provides a catalyst for dark oxidation reaction of xylene, the catalyst for dark oxidation reaction
(a) (ⅰ) 바나듐(V), (ⅱ) 크롬(Cr), (ⅲ) 몰리브덴(Mo) 및/또는 텅스텐(W), (ⅳ) 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소, 및 (ⅴ) 망간(Mn)으로 이루어진 산화물, 또는 at least one element selected from (a) (iii) vanadium (V), (ii) chromium (Cr), (iii) molybdenum (Mo) and / or tungsten (W), (iii) alkali metals and alkaline earth metals, and (Iii) an oxide consisting of manganese (Mn), or
(b) (ⅰ) 바나듐(V), (ⅱ) 크롬(Cr), (ⅲ) 몰리브덴(Mo) 및/또는 텅스텐(W), (ⅳ) 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소, (ⅴ) 망간(Mn), (ⅵ) 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소로 이루어진 산화물(b) at least one element selected from (iii) vanadium (V), (ii) chromium (Cr), (iii) molybdenum (Mo) and / or tungsten (W), (iii) alkali metals and alkaline earth metals, ( Iii) one or more elements selected from the group consisting of manganese (Mn), (S) zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb) and antimony (Sb) oxide
을 함유하는 촉매 활성 성분과,A catalytically active ingredient containing
TiO2 및 금속 보레이트를 함유하는 담체 성분을 포함한다.Carrier components containing TiO 2 and metal borate.
또한, 본 발명은 반응기에서 상기 암옥시화 반응용 촉매의 존재하에, 자일렌(xylene)을 산소 함유 가스 및 암모니아와 암옥시화 반응시켜 디시아노벤젠을 제조하는 방법, 및 상기 방법에 의해서 제조된 디시아노벤젠을 제공한다.In addition, the present invention in the presence of the catalyst for the dark oxidization reaction in the reactor, a method of producing dicyanobenzene by dark oxidizing xylene (xylene) with oxygen-containing gas and ammonia, and the method prepared by Provide dicyanobenzene.
본 발명은 디시아노벤젠의 제조시 (ⅰ) 바나듐(V), (ⅱ) 크롬(Cr), (ⅲ) 몰리브덴(Mo) 및/또는 텅스텐(W), (ⅳ) 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소 이외에, (ⅴ) 망간(Mn)으로 이루어진 산화물을 촉매 활성 성분으로 포함시키거나, 또는 상기 (ⅰ) ~ (ⅳ) 이외에 (ⅴ) 망간과 함께 (ⅵ) 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소로 이루어진 산화물을 촉매 활성 성분으로 포함시키되, 상기 촉매 활성 성분을 TiO2 및 금속 보레이트로 이루어진 담체 성분에 담지시킨 암옥시화 반응용 촉매를 이용함으로써, 고정상 반응기에서 자일렌의 암옥시화 반응이 수행되더라도 반응열이 용이하게 제어될 수 있어 반응 안전성이 확보될 수 있다.The present invention is selected from (i) vanadium (V), (ii) chromium (Cr), (iii) molybdenum (Mo) and / or tungsten (W), (iii) alkali metals and alkaline earth metals in the preparation of dicyanobenzene. In addition to one or more elements, oxides composed of (i) manganese (Mn) are included as catalytically active components, or (i) zinc (Zn), tin together with (i) manganese, in addition to (i) to (i). (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb) and antimony (Sb) comprising an oxide consisting of at least one element selected from the group consisting of a catalytically active ingredient, wherein the catalytically active ingredient is TiO 2 And by using the catalyst for the dark oxidization reaction supported on a carrier component consisting of a metal borate, even if the dark oxidization reaction of xylene is carried out in a fixed bed reactor can be easily controlled heat reaction can be secured reaction safety.
또, 본 발명은 상기 암옥시화 반응용 촉매를 이용함으로써, 종래 암옥시화 반응용 촉매를 이용하는 경우에 비해 자일렌 대비 암모니아의 농도가 낮은 조건하에서 암옥시화 반응이 수행되더라도 디시아노벤젠의 선택성 감소가 거의 없고, 반응안전성이 우수하여 낮은 공간속도에서도 암옥시화 반응이 이루어질 수 있기 때문에, 종래 암옥시화 반응용 촉매를 이용하는 경우와 달리 희석가스의 사용이 불필요하다. In addition, the present invention uses the catalyst for the dark oxidization reaction, even if the dark oxidization reaction is carried out under the condition that the concentration of ammonia compared to xylene compared to the case of using the conventional dark oxidization catalyst, selectivity of dicyanobenzene Since there is almost no reduction and the reaction safety is excellent and the dark oxidization reaction can be performed at a low space velocity, it is unnecessary to use a dilution gas unlike the case of using the conventional dark oxidization catalyst.
게다가, 본 발명은 전술한 바와 같이 암모니아의 사용량이 작기 때문에, 종래 과도한 암모니아를 사용하여 암옥시화 반응이 수행되는 경우와 달리 반응 후 미반응 암모니아의 회수 및 재사용을 위한 공정 부하 및 에너지 비용을 감소시킬 수 있고, 또한 암모니아에 의한 중간 생성물 또는 최종 생성물의 가수분해 반응이 억제될 수 있어 디시아노벤젠의 선택성 및 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the present invention uses a small amount of ammonia as described above, unlike the case where the dark oxidization reaction is carried out using excessive ammonia, the process load and energy cost for the recovery and reuse of unreacted ammonia after the reaction are reduced. In addition, the hydrolysis reaction of the intermediate or final product by ammonia can be suppressed to improve the selectivity and yield of dicyanobenzene.
아울러, 본 발명은 상기 암옥시화 반응용 촉매를 이용함으로써, 일반적인 유동층 반응기에서의 자일렌의 공급조건(LHSV = 약 0.1 ~ 0.14 hr-1)과 동일한 공급 조건하에서도 고정상 반응기에서의 암옥시화 반응이 안정적으로 수행될 수 있어 높은 생산성을 확보할 수 있다. In addition, the present invention by using the catalyst for the dark oxidization reaction, the dark oxidization in a fixed bed reactor under the same feed conditions (LHSV = about 0.1 ~ 0.14 hr -1 ) of xylene in a general fluidized bed reactor The reaction can be performed stably to ensure high productivity.
이하, 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
일반적으로 자일렌, 암모니아 및 산소의 존재하의 암옥시화 반응을 관형의 고정상 반응기에서 수행하는 데 있어 가장 큰 문제점은 높은 반응열로 인해 폭주 반응(run-away)이 쉽게 발생되어 반응 안전성을 확보할 수 없다는 점이다. 반응열은 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 제조하는 암옥시화 반응뿐만 아니라, CO2, CO 등 완전 산화 반응으로의 비선택적 반응과 자일렌에 비해 적어도 약 5 몰 배 이상으로 사용되는 암모니아의 자체 산화 반응에 의해서도 발생한다.In general, the biggest problem in carrying out the dark oxidization reaction in the presence of xylene, ammonia and oxygen in a tubular fixed bed reactor is that run-away occurs easily due to the high heat of reaction, which can ensure reaction safety. It is not. The heat of reaction is not only an amoxylation reaction for producing dicyanobenzene from xylene, but also a non-selective reaction to a complete oxidation reaction such as CO 2 , CO and an autooxidation reaction of ammonia used at least about 5 mole times compared to xylene. It is also caused by
이에, 본 발명은 암모니아의 자체 산화반응 및 자일렌의 CO, CO2로의 완전 산화 반응을 억제할 수 있는 높은 선택성의 촉매를 제공하여 반응의 안정성을 확보할 수 있는 촉매 및 이를 이용한 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 제조하는 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a catalyst capable of securing the stability of the reaction by providing a catalyst of high selectivity capable of suppressing the self-oxidation of ammonia and the complete oxidation of xylene to CO and CO 2 , and the dish from xylene using the same. Provided are methods for preparing anobenzene.
<자일렌의 암옥시화 반응용 촉매 및 이의 제조방법><Catalyst for Catalyst of Ammoxidation of Xylene and Manufacturing Method Thereof>
본 발명은 고정상 반응기에서 사용 가능한 암옥시화 반응용 촉매로서, (ⅰ) 바나듐(V), (ⅱ) 크롬(Cr)과, (ⅲ) 몰리브덴(Mo) 및/또는 텅스텐(W), 및 (ⅳ) 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소 이외에, (ⅴ) 망간(Mn)으로 이루어진 산화물을 촉매 활성 성분으로 포함하거나, 또는 상기 (ⅰ) ~ (ⅳ) 이외에 (ⅴ) 망간과 함께 (ⅵ) 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소로 이루어진 산화물을 촉매 활성 성분으로 포함하되, 상기 촉매 활성 성분을 TiO2 및 금속 보레이트를 포함하는 담체 성분에 담지시키는 것을 특징으로 한다.The present invention is a catalyst for dark oxidation reaction that can be used in a fixed bed reactor, (i) vanadium (V), (ii) chromium (Cr), (iii) molybdenum (Mo) and / or tungsten (W), and ( (Iii) in addition to at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals, (iii) comprising oxides of manganese (Mn) as catalytically active ingredients, or (b) in addition to (v) to (v) together with (b) Iii) Oxides comprising at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb) and antimony (Sb) as catalytically active components And supporting the catalytically active component on a carrier component comprising TiO 2 and a metal borate.
따라서, 본 발명은 촉매의 단위 무게당 촉매 활성이 낮아지지만 반응 선택성이 증가되고, 반응 온도 변화에 따른 촉매의 활성 변화가 완만하게 조절될 수 있으며, 또한 고온에서 촉매 활성 성분이 유리(free) 바나듐 산화물로 분해되는 것이 억제되어 반응 안전성이 증진되는 효과가 있다.Accordingly, the present invention lowers the catalytic activity per unit weight of the catalyst, but increases the reaction selectivity, the change in the activity of the catalyst with the change in the reaction temperature can be controlled gently, and the free active vanadium catalyst at high temperature Decomposition into an oxide is suppressed, thereby improving the reaction safety.
또한, 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매를 이용할 경우, 자일렌의 암옥시화 반응시 반응 안전성이 현저하게 증가되면서 촉매의 선택성이 높아져서 디시아노벤젠을 고 선택성 및 고 수율로 제조할 수 있다. 또한, 상기 암옥시화 반응용 촉매를 이용할 경우, LHSV(Liquid hourly space velocity)가 약 0.1 hr-1 이상의 적절한 생산성을 갖는 반응물의 공급 조건하에서도 안전하게 운전할 수 있다. In addition, when the catalyst for the dark oxidization reaction of the present invention is used, the reaction safety during the dark oxidization reaction of xylene is significantly increased and the selectivity of the catalyst is increased, so that dicyanobenzene can be produced in high selectivity and high yield. In addition, when the catalyst for the dark oxidization reaction, the liquid hourly space velocity (LHSV) can be safely operated even under the supply conditions of the reactants having a suitable productivity of about 0.1 hr -1 or more.
또한 본 발명의 촉매는, 폭주 반응 전·후의 활성 변화가 적으며, 또한 폭주 반응 후에도 반응 초기에 설정한 반응 조건하에서 운전이 가능하므로 반응 조건을 다시 설정할 필요가 없다. 일반적인 상업용 고정상 반응기가 다관(Multi tubular)으로 이루어진 점을 고려할 때, 하나 또는 몇 개의 관에서 발생한 이상 반응이 전체 반응기의 조업(操業) 조건에 영향을 미치므로, 상기 촉매를 공업적으로 이용하는 데에 유리하다.In addition, the catalyst of the present invention has little change in activity before and after the runaway reaction, and can be operated under the reaction conditions set at the beginning of the reaction even after the runaway reaction, so that the reaction conditions need not be set again. Considering that a typical commercial fixed bed reactor is made of multi-tubular, aberrant reactions in one or several tubes affect the operating conditions of the entire reactor. It is advantageous.
본 발명의 자일렌의 암옥시화 반응용 촉매에서, 상기 촉매 활성 성분을 암옥시화 반응용 촉매 전체 중량을 기준으로 약 0.2 내지 30 중량% 범위로 포함하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 촉매 활성 성분의 함량이 상기 하한 값 미만일 경우, 촉매의 활성이 낮고, 한편 상기 촉매 활성 성분의 함량이 상기 상한 값을 초과할 경우, 단위무게(또는 부피)당 촉매의 활성이 너무 높아서 반응 안전성을 확보하기 어렵다. 이때, 상기 담체 성분의 함량은 암옥시화 반응용 촉매의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 조절하는 잔량만큼인 것이 바람직하다.In the catalyst for dark oxidation reaction of xylene of this invention, it is preferable to include the said catalyst active component in the range of about 0.2 to 30 weight% based on the total weight of the catalyst for dark oxidation reaction. If the content of the catalytically active component is less than the lower limit, the activity of the catalyst is low, while if the content of the catalytically active component exceeds the upper limit, the activity of the catalyst per unit weight (or volume) is too high. It is difficult to secure reaction safety. At this time, it is preferable that the content of the carrier component is as much as the remaining amount adjusted so that the total weight of the catalyst for dark oxidization reaction is 100% by weight.
또, 상기 촉매 활성 성분을 담지하는 담체 성분은 TiO2 및 금속 보레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 담체는 발열량을 제어하여 반응 중 촉매의 안정성을 부여하며, 다층 촉매층에 적용되는 경우 촉매층별로 표면적이 다른 TiO2를 사용하여 촉매층별 반응 활성을 조절할 수 있다. 또한, 금속 보레이트로 인하여 반응 온도의 변화에도 폭주반응을 억제시킬 수 있어 반응 안정성이 확보될 수 있다. The carrier component supporting the catalytically active component is characterized by comprising TiO 2 and a metal borate. The carrier provides stability of the catalyst during the reaction by controlling the calorific value, and when applied to the multilayer catalyst layer, TiO 2 having a different surface area for each catalyst layer may be used to control the reaction activity for each catalyst layer. In addition, due to the metal borate it is possible to suppress the runaway reaction even when the reaction temperature changes can ensure the stability of the reaction.
상기 TiO2 및 금속 보레이트는 40 : 60 ~ 95 : 5 의 중량 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 담체 성분에 금속 보레이트가 과량 함유되어 있는 경우, 촉매 활성이 낮아 비경제적이며, 한편 금속 보레이트가 너무 소량 함유되어 있는 경우, 반응 안전성이 저하될 수 있다. The TiO 2 and the metal borate are preferably included in a weight ratio of 40:60 to 95: 5. If the carrier component contains an excessive amount of metal borate, the catalytic activity is low and uneconomical. On the other hand, if the metal borate is contained too small, the reaction safety may be lowered.
한편, 본 발명에서는 TiO2의 입자크기가 작을수록(또는 비표면적이 클수록) 촉매의 활성이 높아지나 촉매의 선택성과 반응 안전성을 동시에 확보하기 위하여, BET 비표면적이 약 5 내지 100 ㎡/g 범위인 TiO2를 사용하는 것이 적절하다. 또한, TiO2의 결정 구조는 아나타제(anatase), 루타일(rutile) 또는 이들의 혼합 형태일 수 있다.On the other hand, in the present invention, the smaller the particle size of TiO 2 (or the larger the specific surface area), the higher the activity of the catalyst, so that the BET specific surface area ranges from about 5 to 100 m 2 / g in order to secure the catalyst selectivity and reaction safety at the same time. It is appropriate to use TiO 2 . In addition, the crystal structure of TiO 2 may be in the form of anatase, rutile, or a mixture thereof.
또, 본 발명에서 사용 가능한 금속 보레이트(metal borate)의 금속은 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 비스무스(Bi), 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 성분 또는 2종 이상의 성분일 수 있는데, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 금속 보레이트의 예로는 알루미늄보레이트, 칼슘보레이트, 바륨보레이트, 비스무스보레이트, 주석보레이트, 아연보레이트, 칼슘알루미늄보레이트, 칼슘틴보레이트(calcium tin borate) 등이 있는데, 이 중에서 알루미늄보레이트를 사용하는 것이 경제적이다.In addition, the metal borate metal usable in the present invention is selected from the group consisting of aluminum (Al), calcium (Ca), barium (Ba), bismuth (Bi), tin (Sn) and zinc (Zn). It may be one component or two or more components, but is not limited thereto. Specifically, examples of the metal borate include aluminum borate, calcium borate, barium borate, bismuth borate, tin borate, zinc borate, calcium aluminum borate, calcium tin borate and the like. to be.
본 발명에 따른 암옥시화 반응용 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 암옥시화 반응용 촉매일 수 있다.The catalyst for dark oxidation reaction according to the present invention may be a catalyst for dark oxidation reaction represented by the following formula (1).
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
CraMnbV1M1 cM2 dM3 eOx은 촉매 활성 성분으로서, Cr a Mn b V 1 M 1 c M 2 d M 3 e O x is a catalytically active component,
Cr은 크롬이고,Cr is chromium,
Mn은 망간이며,Mn is manganese,
V는 바나듐이고,V is vanadium,
M1은 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중에서 선택된 1종 이상의 원소이며,M 1 is one or more elements selected from molybdenum (Mo) and tungsten (W),
M2는 주기율표상의 알칼리금속 및 알칼리 토금속 중에서 선택된 1 종 이상의 원소이고, 바람직하게 M2는 K, Cs, Rb, Mg, Ca일 수 있다.M 2 is at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals on the periodic table, preferably M 2 may be K, Cs, Rb, Mg, Ca.
M3는 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소이며,M 3 is at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb), and antimony (Sb),
O는 산소이고,O is oxygen,
a, b, c, d, e 및 x는 각각 V에 대한 Cr, Mn, M1, M2, M3 및 O의 원자 비율을 나타낸 것으로서, a, b, c, d, e and x represent the atomic ratios of Cr, Mn, M 1 , M 2 , M 3 and O to V, respectively,
각각 0.1≤a≤2, 0.01≤b≤2, 0.01≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.2, 및 0≤e≤1이며, x는 각 성분의 산화 상태에 따라 결정되는 수이고,0.1 ≦ a ≦ 2, 0.01 ≦ b ≦ 2, 0.01 ≦ c ≦ 0.5, 0.001 ≦ d ≦ 0.2, and 0 ≦ e ≦ 1, respectively, and x is a number determined by the oxidation state of each component,
TiO2-M4BOy은 상기 촉매 활성 부분을 지지하는 담체 성분으로서, TiO 2 -M 4 BO y is a carrier component for supporting the catalytically active portion,
TiO2은 이산화티탄이며, 바람직하게는 BET 비표면적이 약 5 내지 100 ㎡/g 범위인 TiO2이고,TiO 2 is titanium dioxide, preferably from 2 BET specific surface area of from about 5 to 100 ㎡ / g TiO range,
M4BOy은 알루미늄보레이트, 칼슘보레이트, 바륨보레이트, 비스무스보레이트, 주석보레이트, 아연보레이트, 칼슘알루미늄보레이트, 칼슘주석보레이트(Calcium tin Borate) 등과 같은 금속 보레이트(metal borate)를 나타낸 것으로서, M4는 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 비스무스(Bi), 주석(Zn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 원소 또는 2 종 이상의 원소를 복합화한 화합물이고, y는 M4의 성분, B의 원자비 및 각 성분의 산화 상태에 따라 결정되는 수이다.M 4 BO y represents a metal borate such as aluminum borate, calcium borate, barium borate, bismuth borate, tin borate, zinc borate, calcium aluminum borate, calcium tin borate, and M 4 is A compound formed by combining one or more elements selected from the group consisting of aluminum (Al), calcium (Ca), barium (Ba), bismuth (Bi), tin (Zn), and zinc (Zn), and y is It is a number determined according to the components of M 4 , the atomic ratio of B and the oxidation state of each component.
또, 상기 화학식 1에서 a+b+d+e의 값은 V의 조성이 1일 때를 기준으로, 약 0.5 이상 ~ 약 3 이하이고, 바람직하게는 약 0.8 이상 ~ 약 2 이하이다. a+b+d+e의 값이 약 0.5 이상 ~ 약 3 이하인 경우, 촉매 활성 및 디시아노벤젠 선택성과 반응 안전성이 전반적으로 양호하다. 만약, 상기 화학식 1에서 a+b+d+e의 값이 3을 초과할 경우, 촉매의 활성이 너무 낮고, 한편 상기 화학식 1에서 a+b+d+e의 값이 0.5 미만일 경우, 촉매의 활성이 높은 반면 디시아노벤젠의 선택성이 낮고, 반응 안전성이 저하될 수 있다. In addition, in Formula 1, the value of a + b + d + e is about 0.5 or more and about 3 or less, preferably about 0.8 or more and about 2 or less, based on when the composition of V is 1. When the value of a + b + d + e is about 0.5 or more and about 3 or less, the catalytic activity and dicyanobenzene selectivity and reaction safety are generally good. If the value of a + b + d + e in Chemical Formula 1 exceeds 3, the activity of the catalyst is too low, while the value of a + b + d + e in Chemical Formula 1 is less than 0.5, While the activity is high, the selectivity of dicyanobenzene is low, and reaction safety may be lowered.
한편, 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매는 그 자체 조성물 분말을 타정(pelletizing) 등의 성형 방법을 통해 성형되어 사용될 수 있다.On the other hand, the catalyst for the dark oxidization reaction of the present invention can be used by molding the composition powder itself through a molding method such as pelletizing.
또, 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매는 그 자체 조성물 분말을 성형하는 것 이외에, 일정한 크기와 모양을 갖는 기 성형된 불활성 지지체에 담지·코팅되어 사용될 수 있다.In addition, the catalyst for the dark oxidization reaction of the present invention can be used by being supported and coated on a preformed inert support having a certain size and shape, in addition to molding the composition powder itself.
본 발명에서 사용 가능한 불활성 지지체는 알루미나(alumina)나 실리카(silica), 실리카-알루미나, 실리콘카바이드(SiC) 등으로 제조된 것으로서, 거대 기공을 가지면서 BET 비표면적이 약 1 m2/g 이하 범위이고, 바람직하게는 약 0.01 내지 1 m2/g 범위인 것이 적절하다.The inert support usable in the present invention is made of alumina, silica, silica-alumina, silicon carbide (SiC), etc., and has a large pore and a BET specific surface area of about 1 m 2 / g or less And preferably in the range of about 0.01 to 1 m 2 / g.
또, 상기 불활성 지지체의 형상은 구형, 실린더형 또는 중공형 등 특별히 제한되지 않는다.The shape of the inert support is not particularly limited, such as spherical, cylindrical or hollow.
또, 상기 불활성 지지체의 크기는 특별히 제한되지 않으나, 입경 및 길이가 약 3 내지 15 ㎜ 범위인 것이 적절하다. 예를 들어, 불활성 지지체의 형상이 실린더형일 경우, 입경이 약 3 내지 15 ㎜ 범위이고, 길이가 약 3 내지 15 ㎜ 범위일 수 있고, 불활성 지지체의 형상이 중공형일 경우, 외경(outer diameter, OD)이 약 5 내지 15 ㎜ 범위이고, 내경(inner diameter, ID)이 약 3 내지 12 ㎜ 범위이며, 길이가 약 5 내지 15 ㎜ 범위일 수 있다.In addition, the size of the inert support is not particularly limited, but it is appropriate that the particle diameter and length range from about 3 to 15 mm. For example, when the shape of the inert support is cylindrical, the particle diameter may range from about 3 to 15 mm, the length may range from about 3 to 15 mm, and when the shape of the inert support is hollow, the outer diameter (OD) ) May range from about 5 to 15 mm, inner diameter (ID) ranges from about 3 to 12 mm, and length may range from about 5 to 15 mm.
또한, 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매를 담지시키기 위해서, 지지체의 기공성이 약 20 내지 70 %, 바람직하게는 약 30 내지 60 %인 것이 적절하다.In addition, in order to support the catalyst for dark oxidation reaction of this invention, it is suitable that the porosity of a support is about 20 to 70%, Preferably it is about 30 to 60%.
전술한 불활성 지지체는 본 발명의 목적에 따라 제조하여 사용할 수 있으나, 상업적으로 시판되는 지지체를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, FUJIMI사의 AL-계열, NORTON CHEM.사의 SA-계열, TIPTON CORP.의 MA-계열 제품 등이 있다.The above-mentioned inert support may be prepared and used according to the purpose of the present invention, but a commercially available support may be selected and used. For example, AL-family of FUJIMI, SA-family of NORTON CHEM., MA-family of TIPTON CORP., Etc. are mentioned.
이러한 불활성 지지체에 담지되는 촉매의 담지량은 상기 불활성 지지체와 이에 담지되는 촉매의 전체 중량을 기준으로 약 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 25 중량% 범위일 수 있다. 만약, 촉매의 담지량이 너무 적으면, 촉매 활성이 너무 낮고, 촉매의 담지량이 너무 많으면, 촉매 입자가 지지체로부터 박리될 수 있다. The amount of the catalyst supported on the inert support may range from about 5 to 30 wt%, preferably about 10 to 25 wt%, based on the total weight of the inert support and the catalyst supported thereon. If the supported amount of the catalyst is too small, the catalyst activity is too low, and if the supported amount of the catalyst is too large, the catalyst particles may peel off from the support.
한편, 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매는 하기 제조방법을 통해 제조될 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.On the other hand, the catalyst for the dark oxidization reaction of the present invention can be prepared through the following manufacturing method, but is not limited thereto.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 암옥시화 반응용 촉매는 According to an example of the present invention, the catalyst for dark oxidation reaction
TiO2 및 금속 보레이트를 탈이온수에 분산시켜 제1 현탁액을 제공하는 제1 단계;A first step of dispersing TiO 2 and metal borate in deionized water to provide a first suspension;
바나듐 함유 전구체와 M1 함유 전구체[여기서, M1은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 이들 모두임]를 탈이온수에 용해시켜 얻은 제1 용액을, 상기 제1 현탁액과 혼합하여 제2 현탁액을 제공하는 제2 단계;A first suspension obtained by dissolving a vanadium-containing precursor and an M 1 -containing precursor, wherein M 1 is molybdenum (Mo), tungsten (W) or both) in deionized water, is mixed with the first suspension to form a second suspension. Providing a second step;
크롬 함유 전구체, 망간 함유 전구체 및 M2 함유 전구체(여기서, M2는 주기율표상의 알칼리금속 및 알칼리 토금속 중에서 선택된 1 종 이상의 원소임)를 탈이온수에 용해시켜 얻은 제2 용액을, 상기 제2 현탁액과 혼합하여 슬러리액을 제공하는 제3 단계;A second solution obtained by dissolving a chromium-containing precursor, a manganese-containing precursor, and an M 2 -containing precursor (wherein M 2 is at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals on the periodic table) in deionized water is used as the second suspension. A third step of mixing to provide a slurry liquid;
상기 슬러리액의 pH를 대략 7 정도로 조절하고 약 70 ~ 90 ℃의 온도에서 약 2 ~ 12 시간 동안 수열 숙성하는 제4 단계; Adjusting the pH of the slurry solution to about 7 and hydrothermally aging for about 2 to 12 hours at a temperature of about 70 to 90 ° C .;
상기 슬러리액을 분무 건조시킨 후 약 90 내지 150 ℃의 온도에서 건조하여 촉매 조성물의 분말을 제공하는 제5 단계; 및Spray drying the slurry solution and drying at a temperature of about 90 to 150 ° C. to provide a powder of the catalyst composition; And
상기 촉매 조성물의 분말을 타정 성형한 후 온도가 약 400 내지 700 ℃인 공기분위기하에서 소성하는 제6 단계A sixth step of compressing the powder of the catalyst composition and calcining under an air atmosphere having a temperature of about 400 to 700 ° C.
를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. ≪ / RTI >
또, 본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 제3 단계에서 제2 용액 형성시, M3 함유 전구체(여기서, M3는 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In) 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소임)를, 상기 크롬 함유 전구체, 상기 망간 함유 전구체 및 상기 M2 함유 전구체와 함께 탈이온수에 용해시켜 제2 용액을 얻을 수 있다.According to another example of the present invention, when forming the second solution in the third step, M 3 containing precursor (wherein M 3 is zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In) And at least one element selected from the group consisting of lead (Pb) can be dissolved in deionized water together with the chromium-containing precursor, the manganese-containing precursor, and the M 2 -containing precursor to obtain a second solution.
또, 본 발명의 또 다른 일례에 따르면, 상기 제3 단계는 상기 크롬 함유 전구체, 상기 망간 함유 전구체 및 상기 M2 함유 전구체를 탈이온수에 용해시켜 얻은 제2 용액과 상기 제2 단계의 제2 현탁액을 혼합하여 형성된 슬러리액에, M3 함유 전구체(여기서, M3는 안티몬(Sb) 원소임)를 첨가하여 수행될 수 있다.Further, according to another example of the present invention, the third step is a second solution obtained by dissolving the chromium-containing precursor, the manganese-containing precursor and the M 2 -containing precursor in deionized water and the second suspension of the second step M 3 containing precursor (wherein M 3 is an antimony (Sb) element) is added to the slurry liquid formed by mixing.
또, 본 발명의 또 다른 일례에 따르면, 상기 암옥시화 반응용 촉매는 상기 제5 단계에서 얻은 촉매 조성물의 분말을 불활성 지지체에 담지·코팅한 후, 온도가 약 400 내지 700 ℃인 공기분위기하에서 소성하여 얻을 수 있다.Further, according to another example of the present invention, the catalyst for the dark oxidization reaction is carried out by coating and coating the powder of the catalyst composition obtained in the fifth step on an inert support, under an air atmosphere having a temperature of about 400 to 700 ℃ It can be obtained by baking.
이하, 본 발명에 따른 자일렌의 암옥시화 반응용 촉매를 제조하는 방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a step-by-step description of the method for producing a catalyst for the dark xylation reaction of xylene according to the present invention.
상기 제1 단계는 TiO2 및 금속 보레이트가 탈이온수에 균일하게 분산되어 있는 제1 현탁액을 얻는 단계이다.The first step is to obtain a first suspension in which TiO 2 and metal borate are uniformly dispersed in deionized water.
상기 TiO2는 전술한 바와 같이, BET 비표면적이 약 5 내지 100 ㎡/g 범위인 것을 사용하는 것이 적절하다.As described above, it is appropriate to use the TiO 2 having a BET specific surface area in the range of about 5 to 100 m 2 / g.
또, 상기 금속 보레이트의 금속으로는 Al, Ca, Ba, Bi, Sn, Zn 등이 있는데, 이에 제한되지 않는다. In addition, the metal of the metal borate is Al, Ca, Ba, Bi, Sn, Zn and the like, but is not limited thereto.
이러한 TiO2와 금속 보레이트는 촉매 활성 및 반응 안전성을 동시에 확보하기 위해 40 : 60 ~ 95 : 5의 중량 비율로 혼합되는 것이 적절하다.The TiO 2 and the metal borate are appropriately mixed in a weight ratio of 40:60 to 95: 5 in order to secure catalyst activity and reaction safety at the same time.
상기 제2 단계는 바나듐 함유 전구체와 M1 함유 전구체를 탈이온수에 용해시켜 얻은 제1 용액을, 전술한 제1 단계에서 얻은 제1 현탁액과 혼합하여 제2 현탁액을 얻는 단계이다.The second step is a step of mixing the first solution obtained by dissolving the vanadium-containing precursor and the M 1 -containing precursor in deionized water with the first suspension obtained in the above-described first step to obtain a second suspension.
상기 바나듐 함유 전구체의 예로는 바나딘산암모늄(ammonium metavanadate)이 있다. 또, 상기 M1 함유 전구체는 텅스텐(W) 함유 전구체, 몰리브덴(Mo) 함유 전구체, 또는 이들의 혼합물이 있다. 예를 들어, 텅스텐산 암모늄염(ammonium tungstate), 몰리브덴산암모늄(ammonium molybdate, ammonium heptamolybdate) 등이 있다. An example of the vanadium containing precursor is ammonium metavanadate. The M 1 -containing precursor may be a tungsten (W) -containing precursor, a molybdenum (Mo) -containing precursor, or a mixture thereof. For example, ammonium tungstate, ammonium molybdate, ammonium heptamolybdate, and the like.
상기 제1 용액의 형성시, 바나듐(V) 1 당량을 기준으로 M1 함유 전구체가 약 0.01 내지 0.5 당량 범위가 되도록 상기 바나듐 함유 전구체 및 M1 함유 전구체를 탈이온수에 용해시키는 것이 바람직하다. 만약, M1 성분의 사용량이 바나듐 1 당량을 기준으로 약 0.5 당량을 초과할 경우에는 촉매 활성이 떨어지며, M1 성분의 사용량이 바나듐 1 당량을 기준으로 약 0.01 당량 미만일 경우에는 반응성 조절 및 선택성의 개선 효과가 미비할 수 있다.In forming the first solution, it is preferable to dissolve the vanadium-containing precursor and the M 1 -containing precursor in deionized water such that the M 1 -containing precursor is in a range of about 0.01 to 0.5 equivalents based on 1 equivalent of vanadium (V). If the amount of the M 1 component exceeds about 0.5 equivalents based on 1 equivalent of vanadium, the catalytic activity is lowered. If the amount of the M 1 component is less than about 0.01 equivalent based on 1 equivalent of vanadium, the reactivity control and selectivity The improvement may be insignificant.
상기 바나듐 함유 전구체와 M1 함유 전구체의 용해시, 약 30 내지 약 90 ℃의 온도로 가열하면서 용해할 수 있다. 이때, 상기 제1 용액에 모노에탄올아민을 첨가하여 바나듐 함유 전구체와 M1 함유 전구체의 용해도를 증가시킬 수 있는데, 이의 첨가량은 바나듐 대비 약 0.5 내지 약 2 몰(mole) 범위에서 사용하는 것이 적절하다.When dissolving the vanadium-containing precursor and the M 1 -containing precursor, it can be dissolved while heating to a temperature of about 30 to about 90 ℃. In this case, the monoethanolamine may be added to the first solution to increase the solubility of the vanadium-containing precursor and the M 1- containing precursor, and the amount thereof is suitably used in a range of about 0.5 to about 2 moles relative to vanadium. .
상기 제3 단계는 크롬 함유 전구체, 망간 함유 전구체, 및 M2 함유 전구체(여기서, M2는 주기율표상의 알칼리금속 및 알칼리 토금속 중에서 선택된 1 종 이상의 원소임)를 탈이온수에 용해시켜 얻은 제2 용액을, 상기 제2 단계에서 얻은 제2 현탁액과 혼합함으로써 슬러리액을 얻는 단계이다. 선택적으로, 상기 제2 용액의 형성시 M3 함유 전구체(여기서, M3는 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In) 및 납(Pb) 중에서 선택된 1 종 이상의 원소임)도 첨가하여 용해시킬 수 있고, 또는 M3 함유 전구체(여기서, M3는 Sb 원소임)를 상기 슬러리액에 첨가할 수 있다.The third step is a second solution obtained by dissolving a chromium-containing precursor, a manganese-containing precursor, and an M 2 -containing precursor (wherein M 2 is at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals on the periodic table) in deionized water. , A step of obtaining a slurry liquid by mixing with the second suspension obtained in the second step. Optionally, M 3 containing precursor in the formation of the second solution, wherein M 3 is at least one member selected from zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In) and lead (Pb) Bovine) can also be added and dissolved, or an M 3 -containing precursor (wherein M 3 is an Sb element) can be added to the slurry.
본 발명에서 사용되는 크롬 함유 전구체, 망간 함유 전구체 및 M2 함유 전구체(여기서, M2는 주기율표상의 알칼리금속 및 알칼리 토금속 중에서 선택된 1 종 이상의 원소임) 각각의 예로는 각 성분을 함유하는 질산염 또는 초산염 등이 있는데, 이에 제한되지 않는다. Examples of chromium-containing precursors, manganese-containing precursors and M 2 -containing precursors in which M 2 is at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals on the periodic table are used as examples of nitrates or acetates containing respective components. Etc., but is not limited thereto.
또한, 상기 M3 함유 전구체는, (ⅰ) M3 성분이 아연(Zn), 비스무스(Bi), 인듐(In) 및 납(Pb) 중에서 선택된 1 종 이상의 성분일 경우, 상기 각 성분을 함유하는 질산염이 적절하고, (ⅱ) M3 성분이 주석(Sn) 성분일 경우, Sn 함유 염화물이 적절하며, (ⅲ) M3 성분이 안티몬(Sb) 성분일 경우, 안티몬 산화물(Sb2O3 또는 Sb2O5)와 같은 Sb 함유 산화물인 것이 적절하다.In addition, the said M 3 containing precursor contains each said component, when (m) M <3> component is 1 or more types chosen from zinc (Zn), bismuth (Bi), indium (In), and lead (Pb). If nitrate is one suitable and, (ⅱ) M third component is tin (Sn) components, Sn-containing chloride is suitable and, (ⅲ) M when the third component is antimony (Sb) component, antimony oxide (Sb 2 O 3, or Sb-containing oxides such as Sb 2 O 5 ) are suitable.
상기 제2 용액을 제조함에 있어서 상기 크롬 함유 전구체, 상기 망간 함유 전구체 및 상기 M2 함유 전구체는 각각 바나듐(V) 성분 1 당량 기준으로 약 0.1 내지 1 당량 범위, 약 0.01 내지 2 당량 범위, 약 0.001 내지 0.2 당량 범위로 사용되는 것이 적절하며, 상기 M3 함유 전구체는 바나듐(V) 성분 1 당량 기준으로 약 0 내지 1 당량 범위로 사용하는 것이 적절하다.In preparing the second solution, the chromium-containing precursor, the manganese-containing precursor, and the M 2 -containing precursor each range from about 0.1 to 1 equivalents, about 0.01 to 2 equivalents, and about 0.001 based on 1 equivalent of the vanadium (V) component. It is suitably used in the range of -0.2 equivalent, and the M 3 containing precursor is suitably used in the range of about 0-1 equivalent based on 1 equivalent of the vanadium (V) component.
이때, 촉매의 활성 및 선택성과 운전변수의 조절 범위를 넓혀 공업촉매로서의 활용성을 높이기 위해서는, 크롬, 망간, M2 성분 및 M3 성분의 조성비의 합이 바나듐(V)의 조성 1을 기준으로 약 0.5 내지 3 범위, 바람직하게는 약 0.8 내지 2 범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.At this time, in order to increase the activity and selectivity of the catalyst and the range of adjustment of operating variables to increase the utility as an industrial catalyst, the sum of the composition ratios of chromium, manganese, M 2 component and M 3 component is based on the composition 1 of vanadium (V). It is desirable to adjust the range to about 0.5 to 3, preferably about 0.8 to 2.
상기 제4 단계는 전술한 제3 단계에서 얻은 슬러리액에 염기 용액을 적가하여 pH를 7 정도로 중화시킨 다음, 상기 중화된 슬러리액을 약 70 내지 90 ℃의 온도에서 약 2 내지 12 시간 동안 수열 숙성시키는 단계로서, 본 단계를 수행하면, M2 성분을 제외한 모든 성분을 침전 상태로 얻을 수 있다. The fourth step is to drop the base solution to the slurry solution obtained in the third step described above to neutralize the pH to about 7, and then the neutralized slurry solution is hydrothermally aged for about 2 to 12 hours at a temperature of about 70 to 90 ℃ As a step of making, by performing this step, all components except the M 2 component can be obtained in a precipitated state.
여기서, 후처리 과정을 단순화시킬 수 있다는 점에서 상기 염기 용액으로는 암모니아수를 사용하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to use ammonia water as the base solution in that the post-treatment process can be simplified.
한편, 전술한 제2, 제3 및 제4 단계는, 전술한 제1 단계에서 얻은 현탁액에 미리 준비된 상기 제1 용액 및 제2 용액, 그리고 암모니아수를 동시에 적가하여 pH를 조절함으로써, 하나의 단계로 수행될 수도 있다.On the other hand, the second, third and fourth step described above, by adjusting the pH by dropping the first solution, the second solution, and ammonia water in advance to the suspension obtained in the first step described above in one step, May be performed.
상기 제5 단계는 상기 제4 단계에서 얻은 슬러리액을 통상적인 분무 건조장치를 이용하여 분무 건조를 수행한 후, 약 90 내지 150 ℃의 온도에서 약 4 내지 14 시간 동안 건조시켜 촉매 조성물 분말을 얻는 단계이다. The fifth step is spray drying the slurry liquid obtained in the fourth step using a conventional spray drying apparatus, and then dried at a temperature of about 90 to 150 ℃ for about 4 to 14 hours to obtain a catalyst composition powder Step.
한편, 촉매 조성물 분말 중에 있는 불필요한 질산 암모늄이나 염화 암모늄 등을 분해 제거하기 위해서, 선택적으로 상기 분무 건조 단계 후 상기 조성물 분말을 약 250 내지 400 ℃의 온도에서 소성시킬 수 있다.On the other hand, in order to decompose and remove unnecessary ammonium nitrate, ammonium chloride and the like in the catalyst composition powder, the composition powder may optionally be calcined after the spray drying step at a temperature of about 250 to 400 ° C.
상기 제6 단계는 상기 제5 단계에서 얻은 촉매 조성물 분말을 타정 성형한 후 약 400 내지 700 ℃의 공기분위기하에서 소성시키는 단계이다. 상기 타정 성형시, 그래파이트와 같은 타정 보조제를 추가적으로 첨가하여 타정 성형함으로써 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매를 얻을 수 있다. 또는, 상기 타정 성형 대신에, 상기 촉매 조성물 분말을 불활성 지지체에 담지·코팅 후 약 400 내지 700 ℃의 공기분위기하에서 소성하여 본 발명의 암옥시화 반응용 촉매를 얻을 수 있다.The sixth step is a step of sintering the catalyst composition powder obtained in the fifth step and calcining in an air atmosphere of about 400 to 700 ℃. In the tablet forming, the tablet for dark oxidization reaction of the present invention can be obtained by adding a tableting aid such as graphite and tableting. Alternatively, the catalyst composition for the dark oxidization reaction of the present invention may be obtained by baking the catalyst composition powder on an inert support instead of the tableting and then baking under an air atmosphere at about 400 to 700 ° C.
<디시아노벤젠의 제조><Production of Dicyanobenzene>
본 발명에서는 전술한 암옥시화 반응용 촉매를 이용하여 자일렌으로부터 디시아노벤젠을 제조하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 고정상 반응기에서 상기 암옥시화 반응용 촉매의 존재하에 자일렌을 산소 함유 가스 및 암모니아와 암옥시화 반응시키면 디시아노벤젠을 얻을 수 있다. The present invention provides a method for producing dicyanobenzene from xylene using the catalyst for dark oxidization reaction described above. Specifically, dicyanobenzene may be obtained by subjecting xylene to an oxygen-containing gas and ammonia in the presence of the catalyst for dark oxidation reaction in the fixed bed reactor.
바람직하게는 단위 부피당 활성이 상이한 2종 이상의 암옥시화 반응용 촉매를 고정상 반응기에 2단 이상의 적층 방식으로 충전시켜 이용하는 것이 암옥시화 반응시 발생하는 반응열을 보다 용이하게 조절할 수 있어 반응 안전성이 보다 향상될 수 있다. Preferably, two or more layers of the catalyst for dark oxidization reaction having different activity per unit volume are charged to the fixed bed reactor in a two-stage stacking manner so that the heat of reaction generated during the dark oxidization reaction can be more easily controlled, resulting in more stable reaction safety. Can be improved.
상기 활성이 상이한 2종 이상의 암옥시화 반응용 촉매는 중량 비율이 다른 촉매 활성 성분 및/또는 입자 크기(또는 BET 비표면적)가 다른 TiO2를 사용함으로써 얻을 수 있다Two or more kinds of catalysts for dark oxidation reactions having different activities can be obtained by using TiO 2 having different catalytic active components and / or particle sizes (or BET specific surface areas) with different weight ratios.
구체적으로, 상기 고정상 반응기의 입구 쪽에서 출구 쪽으로 갈수록 충전 단수에 따라 상기 촉매 활성 성분의 중량 비율 및/또는 TiO2의 BET 비표면적(또는 입자 크기)을 순차적으로 증가되도록 촉매를 반응기에 충전하는 것이 바람직하다.Specifically, it is preferable to charge the catalyst to the reactor so that the weight ratio of the catalytically active component and / or the BET specific surface area (or particle size) of TiO 2 is sequentially increased from the inlet side to the outlet side of the fixed bed reactor. Do.
예를 들어, 활성이 상이한 2종 이상의 촉매가 고정상 반응기에 충전된 경우, 촉매 활성이 낮은 촉매를 고정상 반응기의 상단에, 촉매 활성이 높은 촉매를 고정상 반응기의 하단에 충전시키는 것이 바람직하다.For example, when two or more kinds of catalysts having different activities are charged to the fixed bed reactor, it is preferable to charge a catalyst having a low catalytic activity at the top of the fixed bed reactor and a catalyst having a high catalytic activity at the bottom of the fixed bed reactor.
일례로, 고정상 반응기의 입구 쪽에 충전되는 촉매, 즉 상단 촉매는 TiO2의 BET 비표면적이 약 5 내지 20 ㎡/g 범위인 것을 사용하여 촉매를 제조할 수 있고/있거나, 촉매 활성 성분의 중량 비율이 암옥시화 반응용 촉매 전체 중량을 기준으로 약 0.2 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 약 0.3 내지 5 중량% 범위인 것을 사용할 수 있다. In one example, the catalyst charged to the inlet side of the fixed bed reactor, ie the top catalyst, can be prepared using a BET specific surface area of TiO 2 in the range of about 5-20 m 2 / g, and / or the weight ratio of catalytically active component It can be used in the range of about 0.2 to 10% by weight, preferably in the range of about 0.3 to 5% by weight based on the total weight of the catalyst for the dark oxidization reaction.
이때, 고정상 반응기의 출구 쪽에 충전되는 촉매, 즉 하단 촉매는 상기 상단 촉매보다 촉매 활성이 높도록 촉매 활성 성분의 중량 비율 및/또는 TiO2의 BET 비표면적을 조절하여 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, TiO2의 BET 비표면적이 약 10 내지 100 ㎡/g 범위인 것을 사용하여 촉매를 제조하고/하거나, 촉매 활성 성분의 중량 비율은 암옥시화 반응용 촉매 전체 중량을 기준으로 약 0.4 내지 30 중량% 범위, 바람직하게는 약 0.5 내지 15 중량% 범위인 것이 적절하다.In this case, it is preferable to use the catalyst charged at the outlet of the fixed bed reactor, that is, the lower catalyst, by adjusting the weight ratio of the catalytically active component and / or the BET specific surface area of TiO 2 to have higher catalytic activity than the upper catalyst. For example, the catalyst may be prepared using a BET specific surface area of TiO 2 in the range of about 10 to 100 m 2 / g, and / or the weight ratio of the catalytically active component is about 0.4 to 30 based on the total weight of the catalyst for the dark oxidation reaction. It is appropriate that it is in the weight percent range, preferably in the range of about 0.5 to 15 weight percent.
이러한 암옥시화 반응용 촉매가 충전된 고정상 반응기에는 자일렌, 산소 함유 가스 및 암모니아가 공급되는데, 이때 이들은 각각 다음과 같이 반응기에 공급될 수 있는데, 이에 제한되지 않는다:The fixed-bed reactor filled with the catalyst for the dark oxidization reaction is supplied with xylene, oxygen-containing gas and ammonia, which can be supplied to the reactor as follows, but not limited to:
a) 자일렌의 공급 속도: 약 0.01 내지 0.5 hr-1의 LHSV(liquid hourly space velocity), 바람직하게는 약 0.07 내지 0.25 hr-1의 LHSV;a) feed rate of xylene: liquid hourly space velocity (LHSV) of about 0.01 to 0.5 hr −1 , preferably LHSV of about 0.07 to 0.25 hr −1 ;
b) 산소 함유 가스의 공급량: 자일렌 대비 산소 함유 가스(O2/자일렌) = 약 3/1 ~ 약 7/1 (m/m), 바람직하게는 O2/자일렌 = 약 4/1 ~ 약 5.5/1 (m/m); 및b) Supply of oxygen-containing gas: oxygen-containing gas (x 2 / xylene) = about 3/1 to about 7/1 (m / m), preferably O 2 / xylene = about 4/1 To about 5.5 / 1 (m / m); And
c) 암모니아의 공급량: 자일렌 대비 암모니아(NH3/자일렌) = 약 3/1 ~ 약 10/1 (m/m), 바람직하게는 NH3/자일렌 = 약 4/1 ~ 약 8/1 (m/m).c) Supply of ammonia: ammonia to xylene (NH 3 / xylene) = about 3/1 to about 10/1 (m / m), preferably NH 3 / xylene = about 4/1 to about 8 / 1 (m / m).
이렇게 공급되는 자일렌, 산소 함유 가스 및 암모니아의 암옥시화 반응은 약 300 내지 500 ℃ 범위의 온도, 바람직하게는 약 350 내지 420 ℃ 범위의 온도에서 약 500 내지 2000 hr-1의 GHSV(gas hourly space velocity), 바람직하게는 약 550 내지 1000 hr-1의 GHSV로 수행될 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.The ammoxidation reaction of xylene, oxygen-containing gas and ammonia thus supplied is a gas hourly gas of about 500 to 2000 hr −1 at a temperature in the range from about 300 to 500 ° C., preferably at a temperature in the range from about 350 to 420 ° C. space velocity), preferably GHSV of about 550 to 1000 hr −1 , but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 선택적으로 암옥시화 반응시 반응 안전성을 증진시키기 위해 스팀을 사용할 수 있다. 다만, 스팀을 과량 사용하면, 디시아노벤젠의 선택성이 저하될 수 있으므로, 스팀의 사용량은 전체 반응물의 기상 상태에서의 총 부피를 기준으로 약 0.01 내지 10 vol%, 보다 바람직하게는 약 0.05 내지 6 vol% 범위로 조절하는 것이 적절하다.In addition, the present invention may optionally use steam to enhance reaction safety in dark oxidization reactions. However, when the excess amount of steam, the selectivity of dicyano benzene can be reduced, the amount of steam used is about 0.01 to 10 vol%, more preferably about 0.05 to 6 based on the total volume in the gaseous state of the total reactants Adjusting to the vol% range is appropriate.
전술한 제조방법에 의해 디시아노벤젠을 제조할 경우, 자일렌의 전환율을 약 95 % 이상으로 높일 수 있고, 또한 디시아노벤젠을 약 85 % 이상의 선택율로 얻을 수 있다.
When dicyanobenzene is produced by the above-mentioned preparation method, the conversion of xylene can be increased to about 95% or more, and dicyanobenzene can be obtained with a selectivity of about 85% or more.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명은 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the examples are provided to illustrate the present invention, and the present invention is not limited thereto.
[실시예 1] Example 1
[실시예 1-1] [Example 1-1]
<촉매 A [Catalyst A CrCr 1One .1.One MnMn 00 .2.2 VV 1One MoMo 00 .02.02 WW 00 .02.02 KK 00 .025.025 CsCs 00 .025.025 OO xx (3.2)/(3.2) / TiOTiO 22 (86.8)(86.8) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (10)]의 제조>(10)] Manufacturing>
86.8g의 TiO2(Anatase, Aldrich 사, BET 비표면적: 14.6 ㎡/g) 및 10g의 Aluminum Borate(SHIKOKU Kaseico, Alborex YS4, Al18B4O33)을, 400g의 탈이온수에 투입한 후 교반하여 균일하게 분산시켜 제1 현탁액을 형성하였다. 86.8 g of TiO 2 (Anatase, Aldrich, BET specific surface area: 14.6 m 2 / g) and 10 g of Aluminum Borate (SHIKOKU Kaseico, Alborex YS4, Al 18 B 4 O 33 ) were added to 400 g of deionized water and stirred To uniformly disperse to form a first suspension.
이후, 60g의 탈이온수에 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 그리고 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine)을 투입한 후, 이들을 80 ℃의 온도에서 가열하여 용해시켜 얻은 제1 용액을, 상기 제1 현탁액에 첨가하여 제2 현탁액을 형성하였다. Subsequently, 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O] and 1.1 g of monoethanolamine were added, and the first solution obtained by dissolving them at a temperature of 80 ° C. was added to the first suspension. To form a second suspension.
이어서, 100g의 탈이온수에 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc)을 용해시켜 얻은 제 2 용액을, 상기 제2 현탁액에 첨가하여 슬러리 용액을 얻었다. 이후, 암모니아수를 이용하여 상기 슬러리 용액의 pH를 7로 조절한 후 80 ℃의 온도에서 5 시간 동안 수열·숙성하였다. 이후, 상기 슬러리 용액을 분무 건조시켜 생성된 미립자를, 120 ℃의 온도에서 약 12 시간 동안 건조한 후에 온도가 약 350℃인 공기 분위기하에서 소성하여 촉매 A 분말을 얻었다.Subsequently, 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], and 0.040 g of potassium acetate (KOAc) in 100 g of deionized water. ) And 0.078 g of cesium acetate (CsOAc) were added to the second suspension to obtain a slurry solution. Thereafter, the pH of the slurry solution was adjusted to 7 using aqueous ammonia and then hydrothermally aged at 80 ° C. for 5 hours. Thereafter, the slurry solution was spray dried to produce fine particles, which were dried at a temperature of 120 ° C. for about 12 hours and then calcined in an air atmosphere having a temperature of about 350 ° C. to obtain a catalyst A powder.
<촉매 B [<Catalyst B [ CrCr 1One .1.One MnMn 00 .2.2 VV 1One MoMo 00 .04.04 KK 00 .02.02 CsCs 00 .02.02 OO xx (5.4)/(5.4) / TiOTiO 22 (84.6)(84.6) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (10)]의 제조> (10)] Manufacturing>
상기 촉매 A 분말의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탄액의 형성시 사용된 86.8g의 TiO2 대신에 84.6g의 동일 TiO2를 사용하고; (ⅱ) 상기 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 3.248g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.196g Ammonium heptamolybdate, 및 1.70g의 모노에탄올아민을 사용하며; (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 12.222g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 1.394g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.054g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.107g의 초산세슘(CsOAc)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 촉매 A의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 B 분말을 얻었다.In preparing the catalyst A powder, (iii) 84.6 g of the same TiO 2 is used instead of 86.8 g of TiO 2 used in the formation of the first suspension; (Ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g used in the formation of the first solution. 3.248 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.196 g Ammonium heptamolybdate, and 1.70 g instead of Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O], and 1.1 g monoethanolamine. Monoethanolamine of; (Iii) 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g used in the formation of the second solution. 12.222 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 1.394 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 instead of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g cesium acetate (CsOAc) O], 0.054 g of potassium acetate (KOAc) and 0.107 g of cesium acetate (CsOAc) were used in the same manner as in the preparation of Catalyst A to obtain a catalyst B powder.
<촉매 C [<Catalyst C [ CrCr 1One .0.0 MnMn 00 .1.One VV 1One WW 00 .04.04 KK 00 .015.015 CsCs 00 .015.015 OO xx (10)/(10) / TiOTiO 22 (80)(80) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (10)] 제조>(10)] Manufacture>
상기 촉매 A 분말의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탁액의 형성시 사용된 86.8g의 TiO2 대신에 80g의 TiO2(P-25, Degussa사, 1차 입자의 평균 입경: 21 ㎚, BET 비표면적: 52.4 ㎡/g)를 사용하고; (ⅱ) 상기 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 6.382g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.554g Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 및 3.34g의 모노에탄올아민을 사용하며; (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 21.830g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 1.369g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.080g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.157g의 초산세슘(CsOAc)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 촉매 A의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 C 분말을 얻었다. In the preparation of the catalyst A powder, (iii) 80 g of TiO 2 (P-25, Degussa, average particle diameter of primary particles: 21 nm, BET instead of 86.8 g of TiO 2 used in forming the first suspension) Specific surface area: 52.4 m 2 / g); (Ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g used in the formation of the first solution. 6.382 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.554 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) instead of Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O], and 1.1 g monoethanolamine. ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], and 3.34 g of monoethanolamine; (Iii) 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g used in the formation of the second solution. 21.830 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 1.369 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 instead of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g cesium acetate (CsOAc) O], 0.080 g of potassium acetate (KOAc) and 0.157 g of cesium acetate (CsOAc) were used in the same manner as in the preparation of Catalyst A to obtain a catalyst C powder.
[실시예 1-2][Example 1-2]
<촉매 1의 제조><Production of Catalyst 1>
상기 실시예 1-1에서 제조된 촉매 A 분말 52 g을, 60 g의 탈이온수에 첨가한 후 볼밀링(Ball millimg)하여 슬러리액을 제조하였다. 상기 슬러리 액을 235 g의 알루미나 지지체 AL-S73(FUJIMI사 제품, 기공율: 47.5 %, 비표면적: <1 m2/g, 구형, 평균입경: 5 mm)에 가한 후, 이를 코팅펜에서 담지·코팅시켰다. 이후, 촉매 A가 담지·코팅된 알루미나 지지체를 약 120 ℃의 온도에서 12 시간 동안 건조한 후 550 ℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성하여 촉매 1을 얻었다. 얻어진 촉매 1의 담지량은 촉매 전체 중량을 기준으로 17.1 중량% 이었고, 상기 촉매 1의 부피 밀도(bulk density)는 1.21 g/cc이었다.52 g of the catalyst A powder prepared in Example 1-1 was added to 60 g of deionized water, followed by ball milling to prepare a slurry liquid. The slurry solution was added to 235 g of alumina support AL-S73 (manufactured by FUJIMI, porosity: 47.5%, specific surface area: <1 m 2 / g, spherical, average particle diameter: 5 mm), and then supported by a coating pen. Coated. Thereafter, the catalyst A-supported and coated alumina support was dried at a temperature of about 120 ° C. for 12 hours, and then calcined under an air atmosphere at 550 ° C. for 5 hours to obtain catalyst 1. The supported amount of the obtained catalyst 1 was 17.1 wt% based on the total weight of the catalyst, and the bulk density of the catalyst 1 was 1.21 g / cc.
<촉매 2의 제조><Production of Catalyst 2>
상기 실시예 1-1에서 제조된 촉매 B 분말 46.8g 및 촉매 C 분말 5.2g을, 65g의 탈이온수에 첨가한 후 볼밀링(Ball millimg)하여 슬러리액을 제조하였다. 상기 슬러리 액을 235g의 알루미나 지지체 AL-S73에 가한 후, 이를 코팅펜에서 담지·코팅시켰다. 120℃의 온도에서 12 시간 동안 건조한 후, 550℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성하여 촉매 2를 얻었다. 얻어진 촉매 2의 담지량은 촉매 전체 중량을 기준으로 16.8 중량% 이었고, 상기 촉매 2의 부피 밀도는 1.18g/cc이었다.46.8 g of the catalyst B powder and 5.2 g of the catalyst C powder prepared in Example 1-1 were added to 65 g of deionized water, followed by ball milling to prepare a slurry liquid. The slurry solution was added to 235 g of alumina support AL-S73, which was then supported and coated in a coating pen. After drying for 12 hours at a temperature of 120 ℃, and calcined for 5 hours in an air atmosphere of 550 ℃ to obtain a catalyst 2. The supported amount of the obtained catalyst 2 was 16.8 wt% based on the total weight of the catalyst, and the bulk density of the catalyst 2 was 1.18 g / cc.
<촉매 3의 제조><Production of Catalyst 3>
상기 실시예 1-1에서 제조된 촉매 B 분말 26g 및 촉매 C 분말 26g을, 80g의 탈이온수에 첨가한 후 볼밀링(Ball millimg)하여 슬러리액을 제조하였다. 상기 슬러리 액을 235 g의 알루미나 지지체 AL-S73에 가한 후, 이를 코팅펜에서 담지·코팅시켰다. 120 ℃의 온도에서 12시간 동안 건조한 후, 550 ℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성하여 촉매 3을 얻었다. 얻어진 촉매 3의 담지량은 촉매 전체 중량을 기준으로 16.0 중량%이었고, 상기 촉매 3의 부피 밀도는 1.13 g/cc이었다.26 g of the catalyst B powder and 26 g of the catalyst C powder prepared in Example 1-1 were added to 80 g of deionized water, followed by ball milling to prepare a slurry liquid. The slurry solution was added to 235 g of alumina support AL-S73, which was then supported and coated in a coating pen. After drying for 12 hours at a temperature of 120 ℃, and calcined for 5 hours in an air atmosphere of 550 ℃ to obtain a catalyst 3. The supported amount of the obtained catalyst 3 was 16.0 wt% based on the total weight of the catalyst, and the bulk density of the catalyst 3 was 1.13 g / cc.
[실시예 1-3] - 암옥시화 반응Example 1-3 Amoxylation Reaction
열매체로서 용융염을 사용하는 반응기(내경: 22 mm, 길이: 120 ㎝)에 하단, 중단 및 상단 촉매로서 각각 상기에서 제조된 촉매 3을 70 cc, 촉매 2를 80 cc, 및 촉매 1을 90 cc씩 차례로 충전(stacking)한 후, 하기 반응 조건에서 암옥시화 반응을 수행하였다.In a reactor using an molten salt as a heat medium (inner diameter: 22 mm, length: 120 cm) After stacking 70 cc of catalyst 3, 80 cc of catalyst 2, and 90 cc of catalyst 1, which were prepared as the lower, middle and upper catalysts, respectively, the ammoxidation reaction was performed under the following reaction conditions. .
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 392 ℃-Reaction temperature = 392 ° C
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.4 ml/min (LHSV = 0.1 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.4 ml / min (LHSV = 0.1 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 7/1 m/mNH 3 / metaxylene = 7/1 m / m
- O2/메타자일렌 = 5/1 m/m-O 2 / metaxylene = 5/1 m / m
- 스팀의 공급량 = 기상상태의 반응물 전체부피를 기준으로 4 vol%-Steam supply = 4 vol% based on the total volume of reactants in the gas phase
- SV(space velocity) = 635 hr-1 SV (space velocity) = 635 hr -1
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 98.7 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 88.5 %이었으며, 모노톨루오니트릴(MTN)의 선택율이 4.5 %이었다. As a result, the conversion of metaxylene was 98.7%, the selectivity of isophthalonitrile was 88.5%, and the selectivity of monotoluonitrile (MTN) was 4.5%.
상기 선택율은 각각 하기 수학식 1에 의해서 계산되었다.The selectivity was calculated by the following Equation 1, respectively.
[실시예 2][Example 2]
상기 실시예 1-3에서 설정된 반응 조건 대신에 하기 반응 조건하에서 반응을 수행하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 방법으로 암옥시화 반응을 수행하였다.Amoxylation reaction was carried out in the same manner as in Example 1-3, except that the reaction was performed under the following reaction conditions instead of the reaction conditions set in Example 1-3.
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 392 ℃-Reaction temperature = 392 ° C
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.4 ml/min (LHSV = 0.1 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.4 ml / min (LHSV = 0.1 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 4/1 m/mNH 3 / metaxylene = 4/1 m / m
- O2/메타자일렌 = 5/1 m/m-O 2 / metaxylene = 5/1 m / m
- 스팀의 공급량 = 기상상태의 반응물 전체부피를 기준으로 4 vol%-Steam supply = 4 vol% based on the total volume of reactants in the gas phase
- SV(space velocity) = 635 hr-1 (단, 질소 가스(N2) 공급)SV (space velocity) = 635 hr -1 (except nitrogen gas (N 2 ) supply)
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 98.8 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 88.1 %이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율이 4.8 %이었다.
As a result of the reaction, the conversion of metaxylene was 98.8%, the selectivity of isophthalonitrile was 88.1%, and the selectivity of monotoluonitrile was 4.8%.
[실시예 3][Example 3]
상기 실시예 1-3에서 설정된 반응 조건 대신에 하기 반응 조건에서 반응을 수행하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 방법으로 암옥시화 반응을 수행하였다.Amoxylation reaction was carried out in the same manner as in Example 1-3, except that the reaction was carried out in the following reaction conditions instead of the reaction conditions set in Example 1-3.
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 392.7 ℃-Reaction temperature = 392.7 ° C
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.48 ml/min (LHSV = 0.12 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.48 ml / min (LHSV = 0.12 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 5.5/1 m/mNH 3 / metaxylene = 5.5 / 1 m / m
- O2/메타자일렌 = 5/1 m/m-O 2 / metaxylene = 5/1 m / m
- 스팀의 공급량 = 기상상태의 반응물 전체부피를 기준으로 4 vol%-Steam supply = 4 vol% based on the total volume of reactants in the gas phase
- SV(space velocity) = 730 hr-1 SV (space velocity) = 730 hr -1
상기 반응결과, 메타자일렌의 전환율이 98.6 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 87.3%이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율이 5.9 %이었다.
As a result, the conversion of metaxylene was 98.6%, the selectivity of isophthalonitrile was 87.3%, and the selectivity of monotoluonitrile was 5.9%.
[실시예 4]Example 4
(1) 상기 실시예 1-3에서 설정된 반응 조건 대신에 하기 반응 조건에서 반응을 수행하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 방법으로 암옥시화 반응을 수행하였다. 이때, 상단 촉매층의 국소 고온부의 최고 온도는 429.1 ℃ 이었으며, 상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 98.9 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 88.5%이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율이 5.2 %이었다.(1) A dark oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1-3, except that the reaction was performed under the following reaction conditions instead of the reaction conditions set in Example 1-3. At this time, the maximum temperature of the local high temperature portion of the upper catalyst layer was 429.1 ° C. As a result of the reaction, the conversion rate of metaxylene was 98.9%, the selectivity of isophthalonitrile was 88.5%, and the selectivity of monotoluonitrile was 5.2%.
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 392.6 ℃-Reaction temperature = 392.6 ° C
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.42 ml/min (LHSV = 0.105 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.42 ml / min (LHSV = 0.105 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 5.5/1 m/mNH 3 / metaxylene = 5.5 / 1 m / m
- O2/메타자일렌 = 5/1 m/m -O 2 / metaxylene = 5/1 m / m
- 스팀의 공급량 = 기상상태의 반응물 전체부피를 기준으로 4 vol%-Steam supply = 4 vol% based on the total volume of reactants in the gas phase
- SV(space velocity) = 635 hr-1 SV (space velocity) = 635 hr -1
(2) 이후, 반응 온도를 392.6 ℃에서 400 ℃로 승온시켜 암옥시화 반응을 계속 수행한 결과, 상단 촉매층의 최고 국소 고온부의 온도는 460 ℃까지 상승하였으나, 폭주반응은 진행되지 않았고, 또한 안전하게 운전할 수 있었다. 상기 반응 결과, 메타자이렌의 전환율이 99.0 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 89.0 %이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율도가 3.8 %이었다.
(2) After that, the reaction temperature was raised from 392.6 ° C. to 400 ° C. to continue the dark oxidization reaction. As a result, the temperature of the highest local high temperature portion of the upper catalyst layer rose to 460 ° C., but the runaway reaction did not proceed and was safely performed. Could drive. As a result of the reaction, the conversion rate of metaxylene was 99.0%, the selectivity of isophthalonitrile was 89.0%, and the selectivity of monotoluonitrile was 3.8%.
[비교예 1]Comparative Example 1
[비교예 1-1] [Comparative Example 1-1]
<촉매 D [<Catalyst D [ CrCr 1One VV 1One WW 00 .04.04 KK 00 .02.02 CsCs 00 .02.02 OO xx (4.5)/TiO(4.5) / TiO 22 (95.5)]의 제조>(95.5)]
상기 실시예 1-1의 촉매 A의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탁액의 형성시 사용된 86.8g의 TiO2 및 10g의 Aluminum Borate 대신에 95.5g의 TiO2(Anatase, Aldrich사)만을 사용하고; (ⅱ) 상기 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 2.987g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.259g Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 및 1.56g의 모노에탄올아민을 사용하며; (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 10.219g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.050g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.098g의 초산세슘(CsOAc)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1의 촉매 A 제조에서와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 D 분말을 얻었다.In the preparation of Catalyst A of Example 1-1, (iii) only 95.5 g of TiO 2 (Anatase, Aldrich) was used instead of 86.8 g of TiO 2 and 10 g of Aluminum Borate used in the formation of the first suspension. and; (Ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g used in the formation of the first solution. 2.987 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.259 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) instead of Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O], and 1.1 g of monoethanolamine. ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], and 1.56 g of monoethanolamine; (Iii) 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g used in the formation of the second solution. 10.219 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.050 g of potassium acetate (KOAc) and 0.098 g of cesium acetate instead of 0.078 g of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g of cesium acetate (CsOAc) CsOAc) A catalyst D powder was obtained in the same manner as in the preparation of Catalyst A of Example 1-1, except that it was used.
[비교예 1-2][Comparative Example 1-2]
<촉매 4의 제조><Production of Catalyst 4>
상기 비교예 1-1에서 제조된 촉매 D 분말 55g을, 68 g의 탈이온수에 첨가한 후 볼밀링(Ball millimg)하여 슬러리액을 제조하였다. 상기 슬러리 액을 250g 의 알루미나 지지체 AL-S73에 가한 후, 이를 코팅펜에서 담지·코팅시켰다. 이후, 120 ℃의 온도에서 12시간 동안 건조한 다음, 550 ℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성하여 촉매 4를 얻었다. 얻어진 촉매 4의 담지량은 촉매 전체 중량을 기준으로 18.0 중량% 이었다.55 g of the catalyst D powder prepared in Comparative Example 1-1 was added to 68 g of deionized water, followed by ball milling to prepare a slurry liquid. The slurry solution was added to 250 g of alumina support AL-S73, and then supported and coated by a coating pen. Thereafter, the mixture was dried at a temperature of 120 ° C. for 12 hours, and then calcined for 5 hours under an air atmosphere of 550 ° C. to obtain a catalyst 4. The supported amount of the obtained catalyst 4 was 18.0 wt% based on the total weight of the catalyst.
[비교예 1-3] - 암옥시화 반응[Comparative Example 1-3]-Dark Oxidation Reaction
(1) 열매체로서 용융염을 사용하는 반응기(내경: 22 ㎜, 길이: 120 ㎝)에, 상기 비교예 1-2에서 제조된 촉매 4를 240 cc 충전한 후, 하기 반응 조건하에서 암옥시화 반응을 수행하였다.(1) 240 cc of the catalyst 4 prepared in Comparative Example 1-2 was charged into a reactor (inner diameter: 22 mm, length: 120 cm) using a molten salt as the heat medium, and then subjected to the dark oxidization reaction under the following reaction conditions. Was performed.
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 376.5 ℃-Reaction temperature = 376.5 ℃
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.4 ml/min (LHSV = 0.1 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.4 ml / min (LHSV = 0.1 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 7/1 m/m NH 3 / metaxylene = 7/1 m / m
- O2/메타자일렌 = 5/1 m/m -O 2 / metaxylene = 5/1 m / m
- 스팀의 공급량 = 기상상태의 반응물 전체부피를 기준으로 4 vol%-Steam supply = 4 vol% based on the total volume of reactants in the gas phase
- SV(space velocity) = 635 hr-1 SV (space velocity) = 635 hr -1
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 79.0 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 49.4 %이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율은 44.8 %이었고, 촉매층의 국소 고온부의 최고 온도는 415 ℃ 정도였다. As a result, the conversion of metaxylene was 79.0%, the selectivity of isophthalonitrile was 49.4%, the selectivity of monotoluonitrile was 44.8%, and the maximum temperature of the local high temperature portion of the catalyst layer was about 415 ° C.
(2) 이후, 상기 반응 온도를 376.5 ℃에서 379.2 ℃로 승온시켜 암옥시화 반응을 계속 수행한 결과, 촉매층의 국소 고온부의 최고 온도는 446 ℃이었고, 이어서 반응 온도를 379.2 ℃에서 380 ℃로 또 승온시켜 암옥시화 반응을 계속 수행한 결과, 폭주반응이 진행되었다.(2) Thereafter, the reaction temperature was raised from 376.5 ° C. to 379.2 ° C. to continuously carry out the dark oxidization reaction. As a result of continuing the dark-oxygenation reaction, the runaway reaction advanced.
(3) 이후, 암옥시화 반응을 중단시키고 안정화된 후에, 379.2 ℃의 반응 온도에서 메타자일렌에 대한 산소의 공급 조건과 메타자일렌에 대한 암모니아의 공급 조건을 초기 반응 조건과 동일하게 조절한 상태로 점진적으로 증가시켜 반응 안전성을 조사하였다. 그 결과, 379.2 ℃의 반응 온도에서 메타자일렌의 공급량이 LHSV = 0.075 hr-1인 경우까지는 운전이 가능하였으나, 메타자일렌의 공급량을 0.08 hr-1로 증가시킨 경우에는 폭주반응이 진행되어 운전이 불가능하였다.
(3) Then, after stopping and stabilizing the amoxylation reaction, the conditions for supplying oxygen to metaxylene and for supplying ammonia to metaxylene at the reaction temperature of 379.2 ° C. were adjusted to be the same as the initial reaction conditions. The reaction safety was investigated by increasing gradually to the state. As a result, it was possible to operate until the supply amount of metaxylene was LHSV = 0.075 hr −1 at the reaction temperature of 379.2 ° C., but when the supply amount of metaxylene was increased to 0.08 hr −1 , the runaway reaction proceeded to operate. This was impossible.
[실시예 5][Example 5]
[실시예 5-1][Example 5-1]
<촉매 E [<Catalyst E [ CrCr 1One .1.One MnMn 00 .2.2 VV 1One WW 00 .04.04 KK 00 .02.02 CsCs 00 .02.02 OO xx (3.2)/(3.2) / TiOTiO 22 (76.8)(76.8) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (20)]의 제조>(20)]
상기 실시예 1-1의 촉매 A의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탁액의 형성시 사용된 86.8g의 TiO2 및 10g의 Aluminum Borate 대신에 76.8g의 TiO2(Anatase, Aldrich 사) 및 20g의 Aluminum Borate(Alborex YS4)를 사용하고; (ⅱ) 상기 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 1.891g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.164g Ammonium metatungstate [(NH4)6H2W12O40·5H2O], 및 0.99g의 모노에탄올아민을 사용하며; (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 7.114g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.811g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.032g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.062g의 초산세슘(CsOAc)을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1-1의 촉매 A의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 E 분말을 얻었다.In the preparation of Catalyst A of Example 1-1, (iii) 76.8 g of TiO 2 (Anatase, Aldrich) and 20 g instead of 86.8 g of TiO 2 and 10 g of Aluminum Borate used in the formation of the first suspension Aluminum Borate (Alborex YS4) is used; (Ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g used in the formation of the first solution. 1.891 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.164 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) instead of Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O], and 1.1 g monoethanolamine. ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], and 0.99 g of monoethanolamine; (Iii) 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g used in the formation of the second solution. 7.114 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.811 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 instead of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g of cesium acetate (CsOAc) O], 0.032 g of potassium acetate (KOAc) and 0.062 g of cesium acetate (CsOAc) were used in the same manner as in the preparation of Catalyst A of Example 1-1, to obtain a catalyst E powder.
[실시예 5-2]Example 5-2
<촉매 5의 제조><Production of Catalyst 5>
상기 실시예 5-1에서 제조된 촉매 E 분말 55g을, 68g의 탈이온수에 첨가한 후 볼밀링(Ball millimg)하여 슬러리액을 제조하였다. 상기 슬러리 액을 250g의 알루미나 지지체 AL-S73에 가한 후, 이를 코팅펜에서 담지·코팅시켰다. 이후, 120 ℃의 온도에서 12시간 동안 건조한 후, 550 ℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성하여 촉매 5를 얻었다. 55 g of the catalyst E powder prepared in Example 5-1 was added to 68 g of deionized water, followed by ball milling to prepare a slurry liquid. The slurry solution was added to 250 g of alumina support AL-S73, which was then supported and coated in a coating pen. Thereafter, the mixture was dried at a temperature of 120 ° C. for 12 hours, and then calcined for 5 hours under an air atmosphere of 550 ° C. to obtain a catalyst 5.
얻어진 촉매 5의 담지량은 촉매 전체 중량을 기준으로 17.2 중량%이었다.The supported amount of the obtained catalyst 5 was 17.2 wt% based on the total weight of the catalyst.
[실시예 5-3] 암옥시화 반응Example 5-3 Amoxylation Reaction
(1) 상기 비교예 1-3에서 사용된 240 cc의 촉매 4 대신에 상기 실시예 5-2에서 얻은 촉매 5를 240 cc를 반응기에 충전한 것과 반응기의 반응 온도를 376.5 ℃ 대신에 397.5 ℃로 조절하는 것을 제외하고는, 상기 비교예 1-3에서와 동일한 반응 조건하에서 암옥시화 반응을 수행하였다.(1) Instead of 240 cc of catalyst 4 used in Comparative Example 1-3, 240 cc of the catalyst 5 obtained in Example 5-2 was charged to the reactor and the reaction temperature of the reactor was changed to 397.5 ° C instead of 376.5 ° C. Except for adjusting, the dark oxidization reaction was performed under the same reaction conditions as in Comparative Examples 1-3.
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율은 67.4 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율은 57.6 %이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율은 36.4 %이었고, 이때 촉매층의 국소 고온부의 최고 온도는 432 ℃ 정도였다.As a result of the reaction, the conversion of metaxylene was 67.4%, the selectivity of isophthalonitrile was 57.6%, the selectivity of monotoluonitrile was 36.4%, and the maximum temperature of the local high temperature portion of the catalyst layer was about 432 ° C.
(2) 이후, 반응 온도를 397.5 ℃에서 404 ℃까지 승온시켜 암옥시화 반응을 수행한 결과, 촉매층의 국소 고온부 최고 온도는 490 ℃까지 승온되었으나, 폭주반응은 진행되지 않았다.
(2) Thereafter, the reaction temperature was raised from 397.5 ° C. to 404 ° C. to perform the dark oxidization reaction. As a result, the local high temperature portion of the catalyst layer was heated up to 490 ° C., but the runaway reaction did not proceed.
[실시예 6][Example 6]
상기 실시예 1-3에서 사용된 메타자일렌 대신에 파라자일렌을 사용하고, 반응기의 반응 온도를 385.4℃로 조절하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 반응조건에서 암옥시화 반응을 수행하였다. Amoxy was used under the same reaction conditions as in Example 1-3, except that paraxylene was used instead of the metaxylene used in Example 1-3, and the reaction temperature of the reactor was adjusted to 385.4 ° C. The reaction was carried out.
상기 반응 결과, 파라자일렌의 전환율이 99.7 %이었고, 파라디시아노벤젠의 선택율이 94.9 %이었으며, 모노톨루오니트릴리의 선택율이 0.3 %이었다.
As a result of the reaction, the conversion of paraxylene was 99.7%, the selectivity of paradicyanobenzene was 94.9%, and the selectivity of monotoluonitrile was 0.3%.
[실시예 7][Example 7]
[[ 실시예Example 7-1] 7-1]
<촉매 F [<Catalyst F [ CrCr 1One MnMn 00 .1.One ZnZn 00 .1.One VV 1One WW 00 .04.04 KK 00 .02.02 CsCs 00 .02.02 OO xx (2.5)/(2.5) / TiOTiO 22 (87.5)(87.5) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (10)]의 제조>(10)] Manufacturing>
상기 실시예 1-1의 촉매 A의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탁액의 형성시 사용된 86.8g의 TiO2 및 10g의 Aluminum Borate 대신에 437.5 g의 TiO2(Anatase, Aldrich 사) 및 50 g의 Aluminum Borate(Alborex YS4)을 사용하고; (ⅱ) 상기 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 7.638g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.663g Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 및 3.99g의 모노에탄올아민을 사용하며; (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 26.128g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 1.639g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 1.942g의 질산아연[Zn(NO3)2·6H2O], 0.128의 초산칼륨(KOAc) 및 0.251g의 초산세슘(CsOAc)을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1-1의 촉매 A의 제조에서와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 F 분말을 얻었다.In the preparation of Catalyst A of Example 1-1, (iii) 437.5 g of TiO 2 (Anatase, Aldrich) and 50 instead of 86.8 g of TiO 2 and 10 g of Aluminum Borate used in the formation of the first suspension g of Aluminum Borate (Alborex YS4) was used; (Ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g used in the formation of the first solution. 7.638 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.663 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) instead of Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O], and 1.1 g of monoethanolamine. ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], and 3.99 g of monoethanolamine; (Iii) 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g used in the formation of the second solution. 26.128 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 1.639 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 instead of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g cesium acetate (CsOAc) O], 1.942 g of zinc nitrate [Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O], 0.128 potassium acetate (KOAc) and 0.251 g of cesium acetate (CsOAc), except that Catalyst F powder was obtained by the same method as in the preparation of Catalyst A.
[실시예 7-2][Example 7-2]
<촉매 6의 제조><Production of Catalyst 6>
상기 실시예 7-1에서 제조된 촉매 F 분말 300 g에, 10 g의 그라파이트 분말을 가하여 혼합하였다. 이후, 상기 혼합물을 중공형(hollow cylinder type)(외경×내경×길이= 8 ㎜×3 ㎜×3.5 ㎜)으로 타정하여 성형한 후, 550 ℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성하여 촉매 6를 얻었다. 촉매 6의 부피 밀도는 0.80 g/cc이었다.To 300 g of the catalyst F powder prepared in Example 7-1, 10 g of graphite powder was added and mixed. Thereafter, the mixture was molded by molding into a hollow cylinder type (outer diameter x inner diameter x length = 8 mm x 3 mm x 3.5 mm), and then calcined under an air atmosphere at 550 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst 6. . The bulk density of catalyst 6 was 0.80 g / cc.
[실시예 7-3]Example 7-3
상기 실시예 1-3에서 하단 촉매로서 사용된 70 cc의 촉매 3 대신에 상기 실시예 7-2에서 제조된 촉매 6을 70 cc 반응기에 충전하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 조건에서 암옥시화 반응을 수행하였다.In Example 1-3, except that the catalyst 6 prepared in Example 7-2 was charged to the 70 cc reactor in place of the 70 cc of the catalyst 3 used as the lower catalyst in Example 1-3, Amoxylation reaction was performed under the same conditions.
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 99.2 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 86.8 %이었으며, 모노톨루오니트리릴(MTN)의 선택율이 3.5 %이었다.
As a result, the conversion of metaxylene was 99.2%, the selectivity of isophthalonitrile was 86.8%, and the selectivity of monotoluonitriryl (MTN) was 3.5%.
[실시예 8][Example 8]
[실시예 8-1][Example 8-1]
<촉매 G [<Catalyst G [ CrCr 1One MnMn 00 .1.One VV 1One WW 00 .04.04 KK 00 .02.02 CsCs 00 .02.02 BiBi 00 .1.One OO xx (2.5)/(2.5) / TiOTiO 22 (87.5)(87.5) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (10)]의 제조>(10)] Manufacturing>
상기 실시예 1-1의 촉매 A의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탁액의 형성시 사용된 86.8g의 TiO2 및 10g의 Aluminum Borate 대신에 437.5g의 TiO2(Anatase, Aldrich 사) 및 50g의 Aluminum Borate(Alborex YS4)을 사용하고, (ⅱ) 상기 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 7.078g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.614g Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 및 3.696g의 모노에탄올아민을 사용하며, (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 24.210g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 1.519g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 1.467g의 질산비스무스[Bi(NO3)3·5H2O], 0.119g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.232g의 초산세슘(CsOAc)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1의 촉매 A의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 G 분말을 얻었다. In the preparation of Catalyst A of Example 1-1, (iii) 437.5 g TiO 2 (Anatase, Aldrich) and 50 g instead of 86.8 g TiO 2 and 10 g Aluminum Borate used in the formation of the first suspension Aluminum Borate (Alborex YS4), and (ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 used in the formation of the first solution. O 40 .5H 2 O], 0.058 g of Ammonium heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O], and 1.1 g of monoethanolamine instead of 7.078 g of Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.614 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], and 3.696 g of monoethanolamine, and (iii) 7.178 g used in the formation of the second solution. Chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g of cesium acetate (CsOAc Instead of 24.210 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 1.519 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], and is the embodiment except for the use of nitric acid 1.467g bismuth [Bi (NO 3) 3 · 5H 2 O], of the potassium acetate (KOAc) and 0.232g 0.119g of cesium acetate (CsOAc) Catalyst G powder was obtained by the same method as the preparation of catalyst A of 1-1.
[실시예 8-2][Example 8-2]
<촉매 7의 제조><Production of Catalyst 7>
상기 실시예 7-2에서 사용된 300 g의 촉매 F 분말 대신에 상기 실시예 8-1에서 제조된 촉매 G 분말 300 g을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 7-2와 동일하게 수행하여 촉매 7을 얻었다. 상기 촉매 7의 부피 밀도는 0.79 g/cc이었다. In the same manner as in Example 7-2, except that 300 g of Catalyst G powder prepared in Example 8-1 was used instead of 300 g of Catalyst F powder used in Example 7-2. Catalyst 7 was obtained. The bulk density of the catalyst 7 was 0.79 g / cc.
[실시예 8-3] [Example 8-3]
상기 실시예 1-3에서 하단 촉매로서 사용된 70 cc의 촉매 3 대신에 상기 실시예 8-2에서 제조된 촉매 7을 70 cc 반응기에 충전하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 조건에서 암옥시화 반응을 수행하였다.In Example 1-3, except that the catalyst 7 prepared in Example 8-2 was charged to the 70 cc reactor instead of the 70 cc of the catalyst 3 used as the lower catalyst in Example 1-3, Amoxylation reaction was performed under the same conditions.
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 99.2 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 87.0 %이었으며, 모노톨루오니트리릴(MTN)의 선택율이 4.1 %이었다.
As a result, the conversion of metaxylene was 99.2%, the selectivity of isophthalonitrile was 87.0%, and the selectivity of monotoluonitriryl (MTN) was 4.1%.
[실시예 9][Example 9]
[실시예 9-1][Example 9-1]
<촉매 H [<Catalyst H [ CrCr 1One MnMn 00 .1.One VV 1One WW 00 .04.04 KK 00 .015.015 CsCs 00 .015.015 SbSb 00 .1.One OO xx (10)/(10) / TiOTiO 22 (80)(80) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (10)]의 제조>(10)] Manufacturing>
80g의 TiO2(P-25, Degussa사) 및 10g의 Aluminum Borate(Alborex YS4)을, 400g의 탈이온수에 투입한 후 균일하게 분산시켜 제1 현탁액을 준비하였다.80 g of TiO 2 (P-25, Degussa Co., Ltd.) and 10 g of Aluminum Borate (Alborex YS4) were added to 400 g of deionized water, and then uniformly dispersed to prepare a first suspension.
또, 5.864g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.509g Ammonium metatungstate [(NH4)6H2W12O40·5H2O] 및 3.1g의 모노에탄올아민을 100g의 탈이온수에 용해시켜 제1 용액을 준비하였으며, 또한 20.060g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 1.258g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.811g의 안티몬옥사이드(Sb2O5), 0.074g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.144g의 초산세슘(CsOAc)을 100g의 탈이온수에 용해시켜 제2 용액을 준비하였고, 또한 5 %의 묽은 암모니아수를 준비하였다.5.864 g of Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.509 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O] and 3.1 g of monoethanolamine were dissolved in 100 g of deionized water. A first solution was prepared, and 20.060 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 1.258 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.811 g of antimony oxide ( Sb 2 O 5 ), 0.074 g of potassium acetate (KOAc) and 0.144 g of cesium acetate (CsOAc) were dissolved in 100 g of deionized water to prepare a second solution, and 5% diluted ammonia water was also prepared.
이후, 준비된 제1 현탁액을 격렬하게 교반하면서, 여기에 각각 준비된 제1 용액, 제2 용액 및 묽은 암모니아수를 동시에 적가하여 슬러리 용액을 얻었다. 이때, 상기 묽은 암모니아수의 적가량을 슬러리 용액의 pH가 7이 되도록 조절하였다. 적가 완료 후, 0.811g의 안티몬옥사이드(Sb2O5) 분말을 상기 슬러리 용액에 조심스럽게 첨가한 후 계속 교반하였다. 이어서, 상기 슬러리 용액을 80 ℃의 온도에서 5 시간 동안 수열·숙성한 후 분무 건조시켜 촉매 조성물 분말을 얻었다. 이 촉매 조성물 분말을 120 ℃의 온도에서 약 12시간 동안 건조한 후 온도가 약 350 ℃인 공기 분위기하에서 소성하여 촉매 H 분말을 얻었다.Thereafter, while stirring the prepared first suspension vigorously, the first solution, the second solution, and the diluted ammonia water, respectively prepared thereto, were simultaneously added dropwise to obtain a slurry solution. At this time, the dropwise addition of the diluted ammonia water was adjusted to pH 7 of the slurry solution. After completion of the dropwise addition, 0.811 g of antimony oxide (Sb 2 O 5 ) powder was carefully added to the slurry solution, followed by continued stirring. Subsequently, the slurry solution was hydrothermally aged and aged at a temperature of 80 ° C. for 5 hours, followed by spray drying to obtain a catalyst composition powder. The catalyst composition powder was dried at a temperature of 120 ° C. for about 12 hours and then calcined in an air atmosphere having a temperature of about 350 ° C. to obtain a catalyst H powder.
[실시예 9-2][Example 9-2]
<촉매 8의 제조><Production of Catalyst 8>
상기 실시예 9-1에서 제조된 촉매 H 분말 26g과 상기 실시예 1-1에서 제조된 촉매 B 분말 26g을 80g의 탈이온수에 넣은 후, 볼밀링하여 슬러리액을 제조하였다. 상기 슬러리액을 235g의 알루미나지지체 AL-S73에 가한 후, 이를 코팅펜에서 담지·코팅시켰다. 이후, 120 ℃의 온도에서 12 시간 동안 건조한 후, 550 ℃의 공기분위기하에서 5시간 동안 소성하여 촉매 8을 얻었다.26 g of the catalyst H powder prepared in Example 9-1 and 26 g of the catalyst B powder prepared in Example 1-1 were placed in 80 g of deionized water, followed by ball milling to prepare a slurry solution. The slurry solution was added to 235 g of alumina support AL-S73, which was then supported and coated in a coating pen. Thereafter, the mixture was dried at a temperature of 120 ° C. for 12 hours, and then calcined under an air atmosphere of 550 ° C. for 5 hours to obtain a catalyst 8.
얻어진 촉매 8의 담지량은 촉매 8의 전체 중량을 기준으로 17.0 중량% 이었고, 상기 촉매 8의 부피 밀도는 1.21 g/cc이었다.The supported amount of the obtained catalyst 8 was 17.0 wt% based on the total weight of the catalyst 8, and the bulk density of the catalyst 8 was 1.21 g / cc.
[실시예 9-3] - 암옥시화 반응Example 9-3 Amoxylation Reaction
상기 실시예 1-3에서 하단 촉매로서 사용된 70 cc의 촉매 3 대신에 상기 실시예 9-2에서 제조된 촉매 8를 70 cc 반응기에 충전하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-3에서와 동일한 조건하에서 암옥시화 반응을 수행하였다.In Example 1-3 except that the catalyst 8 prepared in Example 9-2 was charged to the 70 cc reactor instead of the 70 cc of the catalyst 3 used as the lower catalyst in Example 1-3, Amoxylation reaction was carried out under the same conditions.
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 99.0 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 87.1 %이었으며, 모노톨루오니트리릴(MTN)의 선택율이 4.9 %이었다.
As a result of the reaction, the conversion rate of metaxylene was 99.0%, the selectivity of isophthalonitrile was 87.1%, and the selectivity of monotoluonitriryl (MTN) was 4.9%.
[비교예 2][Comparative Example 2]
[비교예 2-1][Comparative Example 2-1]
<촉매 I [<Catalyst I [ CrCr 1One MnMn 00 .1.One VV 1One WW 00 .04.04 CsCs 00 .02.02 OO xx (10)/TiO10 / TiO 22 (90)]의 제조>(90)]
상기 실시예 1-1의 촉매 A의 제조에서, (ⅰ) 상기 제1 현탁액의 형성시 담체로 사용된 86.8g의 TiO2 및 10g의 Aluminum Borate 대신에 90g의 TiO2(Anatase, Aldrich사)만을 사용하고; (ⅱ) 제1 용액의 형성시 사용된 1.908g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.083g의 Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 0.058g의 Ammonium heptamolybdate[(NH4)6Mo7O24·4H2O], 및 1.1g의 모노에탄올아민(monoethanolamine) 대신에 6.38g의 Ammonium metavanadate(NH4VO3), 0.534g Ammonium metatungstate[(NH4)6H2W12O40·5H2O], 및 4.5g의 모노에탄올아민을 사용하며; (ⅲ) 상기 제2 용액의 형성시 사용된 7.178g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 0.819g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 0.040g의 초산칼륨(KOAc) 및 0.078g의 초산세슘(CsOAc) 대신에 21.83g의 질산크롬[Cr(NO3)3·9H2O], 1.37g의 질산망간[Mn(NO3)2·4H2O], 및 0.21g의 초산칼륨(KOAc)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1의 촉매 A 제조에서와 동일한 방법으로 수행하여 촉매 I 분말을 얻었다.In the preparation of Catalyst A of Example 1-1, (iii) only 90 g of TiO 2 (Anatase, Aldrich) instead of 86.8 g of TiO 2 and 10 g of Aluminum Borate used as a carrier in the formation of the first suspension Use; (Ii) 1.908 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.083 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], 0.058 g Ammonium used in the formation of the first solution 6.38 g Ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ), 0.534 g Ammonium metatungstate [(NH 4 ) instead of heptamolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O], and 1.1 g monoethanolamine 6 H 2 W 12 O 40 .5H 2 O], and 4.5 g of monoethanolamine; (Iii) 7.178 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 0.819 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O], 0.040 g used in the formation of the second solution. 21.83 g of chromium nitrate [Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O], 1.37 g of manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 instead of potassium acetate (KOAc) and 0.078 g cesium acetate (CsOAc) O], and 0.21 g of potassium acetate (KOAc) A catalyst I powder was obtained in the same manner as in the preparation of catalyst A of Example 1-1, except that it was used.
[[ 비교예Comparative Example 2-2] 2-2]
<촉매 9의 제조><Production of Catalyst 9>
상기 비교예 2-1에서 제조된 촉매 I 분말을, 120 ℃의 온도에서 12시간 동안 건조한 다음, 550 ℃의 공기분위기하에서 5 시간 동안 소성한 후 20 ~ 40 메쉬의 크기로 성형하여 촉매 9를 얻었다. The catalyst I powder prepared in Comparative Example 2-1 was dried at a temperature of 120 ° C. for 12 hours, calcined under an air atmosphere of 550 ° C. for 5 hours, and then molded into a size of 20 to 40 mesh to obtain a catalyst 9. .
[비교예 2-3] - 암옥시화 반응Comparative Example 2-3-Amoxylation Reaction
미소반응기(내경: 12 ㎜, 길이: 30 ㎝)에, 상기 비교예 2-2에서 제조된 촉매 9 를 4 g 충전한 후, 하기 반응 조건하에서 암옥시화 반응을 수행하였다.The microreactor (inner diameter: 12 mm, length: 30 cm) was charged with 4 g of the catalyst 9 prepared in Comparative Example 2-2, and then subjected to an dark oxidization reaction under the following reaction conditions.
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 383 ℃-Reaction temperature = 383 ℃
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.01ml/min (LHSV = 0.1 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.01 ml / min (LHSV = 0.1 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 7/1 m/mNH 3 / metaxylene = 7/1 m / m
- O2/메타자일렌 = 7/1 m/m-O 2 / metaxylene = 7/1 m / m
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 98.5 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 80 %이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율은 4 %이었고, CO2의 선택율은 8 %이었다. As a result of the reaction, the conversion of metaxylene was 98.5%, the selectivity of isophthalonitrile was 80%, the selectivity of monotoluonitrile was 4%, and the selectivity of CO 2 was 8%.
이후, 상기 반응 온도를 383 ℃에서 388 ℃로 승온시켜 암옥시화 반응을 계속 수행한 결과, 폭주반응이 진행되었다.
Thereafter, the reaction temperature was raised from 383 ° C. to 388 ° C. to continue the dark oxidization reaction. As a result, the runaway reaction proceeded.
[비교예 3][Comparative Example 3]
[[ 비교예Comparative Example 3-1] 3-1]
<촉매 J [<Catalyst J [ CrCr 1One MnMn 00 .1.One VV 1One WW 00 .04.04 CsCs 00 .02.02 OO xx (10)/(10) / TiOTiO 22 (70)(70) AlAl 1818 BB 44 OO 3333 (20)]의 제조>(20)]
상기 촉매 I의 제조방법에서 제1 현탄액의 형성시 담체로 사용된 90g의 TiO2(Anatase, Aldrich사) 대신에 70g의 TiO2(Anatase, Aldrich사) 및 20g의 Aluminum Borate(SHIKOKU Kaseico, Alborex YS4, Al18B4O33)를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 촉매 I의 제조방법과 동일한 방법으로 수행하여 촉매 J 분말을 얻었다.70g TiO 2 (Anatase, Aldrich) and 20g Aluminum Borate (SHIKOKU Kaseico, Alborex) instead of 90g TiO 2 (Anatase, Aldrich) used as a carrier in the formation of the first suspension in the preparation method of the catalyst I YS4, Al 18 B 4 O 33 ) was used in the same manner as in the preparation of Catalyst I, except that Catalyst J powder was obtained.
[[ 비교예Comparative Example 3-2] 3-2]
<촉매 10의 제조><Production of Catalyst 10>
촉매 I 분말 대신 촉매 J 분말을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 촉매 9의 제조와 동일한 방법으로 촉매 10을 얻었다. Catalyst 10 was obtained in the same manner as in the preparation of Catalyst 9, except that Catalyst J powder was used instead of Catalyst I powder.
[비교예 3-3] - 암옥시화 반응[Comparative Example 3-3]-Dark Oxidation Reaction
미소반응기(내경: 12 ㎜, 길이: 30 ㎝)에, 상기 비교예 3-2에서 제조된 촉매 10을 4 g 충전한 후, 상기와 동일한 반응 조건하에서 암옥시화 반응을 수행하였다.The microreactor (inner diameter: 12 mm, length: 30 cm) was charged with 4 g of the catalyst 10 prepared in Comparative Example 3-2, and then the dark oxidization reaction was carried out under the same reaction conditions as described above.
<반응 조건><Reaction Conditions>
- 반응온도 = 383 ℃-Reaction temperature = 383 ℃
- 메타자일렌의 공급 속도 = 0.01ml/min (LHSV = 0.1 hr-1)Feed rate of metaxylene = 0.01 ml / min (LHSV = 0.1 hr -1 )
- NH3/메타자일렌 = 7/1 m/m NH 3 / metaxylene = 7/1 m / m
- O2/메타자일렌 = 7/1 m/m-O 2 / metaxylene = 7/1 m / m
상기 반응 결과, 메타자일렌의 전환율이 99 %이었고, 이소프탈로니트릴의 선택율이 83 %이었으며, 모노톨루오니트릴의 선택율은 7.8 %이었고, CO2의 선택율은 6 %이었다. As a result of the reaction, the conversion of metaxylene was 99%, the selectivity of isophthalonitrile was 83%, the selectivity of monotoluonitrile was 7.8%, and the selectivity of CO 2 was 6%.
이후, 상기 반응 온도를 383 ℃에서 388 ℃로 승온시켜 암옥시화 반응을 계속 수행하였으나, 폭주반응은 일어나지 않았다.Thereafter, the reaction temperature was raised from 383 ° C. to 388 ° C. to continue the dark oxidization reaction, but no runaway reaction occurred.
Claims (19)
(b) (ⅰ) 바나듐(V), (ⅱ) 크롬(Cr), (ⅲ) 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 이들 모두, (ⅳ) 알칼리금속 및 알칼리토금속 중에서 선택된 1종 이상의 원소, (ⅴ) 망간(Mn), 및 (ⅵ) 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소로 이루어진 산화물
을 함유하는 촉매 활성 성분과,
TiO2 및 금속 보레이트를 함유하는 담체 성분
을 포함하는 암옥시화 반응용 촉매.(a) (iii) vanadium (V), (ii) chromium (Cr), (iii) molybdenum (Mo), tungsten (W) or both, (iii) at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals, And (iii) an oxide consisting of manganese (Mn), or
(b) (iii) vanadium (V), (ii) chromium (Cr), (iii) molybdenum (Mo), tungsten (W) or both, (iii) at least one element selected from alkali metals and alkaline earth metals, (Iii) manganese (Mn) and (iii) one or more elements selected from the group consisting of zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb), and antimony (Sb) Oxide
A catalytically active ingredient containing
Carrier Component Containing TiO 2 and Metal Borate
A catalyst for dark oxidization reaction comprising a.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
CraMnbV1M1 cM2 dM3 eOx은 촉매 활성 성분으로서,
Cr은 크롬이고,
Mn은 망간이며,
V는 바나듐이고,
M1은 Mo 및 W 중에서 선택된 1종 이상의 원소이며,
M2는 주기율표상의 알칼리금속 및 알칼리 토금속 중에서 선택된 1 종 이상의 원소이고,
M3는 아연(Zn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 인듐(In), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소이며,
O는 산소이고,
a, b, c, d, e 및 x는 각각 V에 대한 Cr, Mn, M1, M2, M3 및 O의 원자 비율을 나타낸 것으로서,
각각 0.1≤a≤2, 0.01≤b≤2, 0.01≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.2, 및 0≤e≤1이며, x는 각 성분의 산화 상태에 따라 결정되는 수이고,
TiO2-M4BOy은 상기 촉매 활성 부분을 지지하는 담체 성분으로서,
TiO2은 이산화티탄이고, M4BOy은 금속 보레이트(metal borate)를 나타낸 것으로서,
M4는 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 비스무스(Bi), 주석(Zn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 원소 또는 2 종 이상의 원소를 복합화한 화합물이고, y는 M4의 성분, B의 원자비 및 각 성분의 산화 상태에 따라 결정되는 수임).The catalyst for dark oxidization reaction according to claim 1, which is represented by the following Chemical Formula 1.
[Chemical Formula 1]
(In the formula 1,
Cr a Mn b V 1 M 1 c M 2 d M 3 e O x is a catalytically active component,
Cr is chromium,
Mn is manganese,
V is vanadium,
M 1 is one or more elements selected from Mo and W,
M 2 is one or more elements selected from alkali metals and alkaline earth metals on the periodic table,
M 3 is at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), tin (Sn), bismuth (Bi), indium (In), lead (Pb), and antimony (Sb),
O is oxygen,
a, b, c, d, e and x represent the atomic ratios of Cr, Mn, M 1 , M 2 , M 3 and O to V, respectively,
0.1 ≦ a ≦ 2, 0.01 ≦ b ≦ 2, 0.01 ≦ c ≦ 0.5, 0.001 ≦ d ≦ 0.2, and 0 ≦ e ≦ 1, respectively, and x is a number determined by the oxidation state of each component,
TiO 2 -M 4 BO y is a carrier component for supporting the catalytically active portion,
TiO 2 is titanium dioxide, M 4 BO y represents a metal borate (metal borate),
M 4 is a compound in which one or more elements are selected from the group consisting of aluminum (Al), calcium (Ca), barium (Ba), bismuth (Bi), tin (Zn), and zinc (Zn). , y is a number determined by the components of M 4 , the atomic ratio of B and the oxidation state of each component).
상기 활성이 상이한 2 종 이상의 촉매는 촉매 활성 성분의 중량 비율, TiO2의 BET 비표면적 또는 이들 모두가 상이한 것을 특징으로 하는 디시아노벤젠을 제조하는 방법.The catalyst according to claim 10, wherein the catalyst for dark oxidation reaction is two or more catalysts having different activities per unit volume,
At least two catalysts having different activities are different in weight ratio of the catalytically active component, BET specific surface area of TiO 2 , or both of them.
TiO2의 BET 비표면적이 5 내지 20 ㎡/g 범위이며, 촉매 활성 성분의 중량 비율이 상기 암옥시화 반응용 촉매 전체 중량을 기준으로 0.2 내지 10 중량% 범위이고,
반응기의 출구 쪽의 촉매는,
촉매 활성 성분의 중량 비율 및 TiO2의 BET 비표면적이 각각 상기 입구 쪽 촉매의 촉매 활성 성분의 중량 비율 및 TiO2의 BET 비표면적보다 큰 것을 특징으로 하는 디시아노벤젠을 제조하는 방법.The method of claim 11, wherein the catalyst at the inlet side of the reactor among the two or more catalysts having different activity,
The BET specific surface area of TiO 2 is in the range of 5 to 20 m 2 / g, and the weight ratio of the catalytically active component is in the range of 0.2 to 10% by weight based on the total weight of the catalyst for the dark oxidization reaction,
The catalyst on the outlet side of the reactor,
Method The BET specific surface area of the weight ratio of the catalytically active component and TiO 2 is for producing dicyano benzene, characterized in that each larger than the weight ratio of the catalytically active component of the inlet-side catalyst, and a BET specific surface area of TiO 2.
TiO2의 BET 비표면적이 10 내지 100 ㎡/g 범위이며, 촉매 활성 성분의 중량 비율이 암옥시화 반응용 촉매 전체 중량을 기준으로 0.4 내지 30 중량% 범위인 것을 특징으로 하는 디시아노벤젠을 제조하는 방법.The method of claim 14, wherein the catalyst on the outlet side of the reactor,
Dicyano benzene is produced, characterized in that the BET specific surface area of TiO 2 is in the range of 10 to 100 m 2 / g, and the weight ratio of the catalytically active component is in the range of 0.4 to 30% by weight based on the total weight of the catalyst for dark oxidization reaction. How to.
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