KR101462633B1 - PROCESS FOR PREPARING Mo-Bi BASED MULTI-METAL OXIDE CATALYST - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (메타)아크릴산 및 아크롤레인 제조용 복합 금속 산화물에 관한 것으로, 특히 몰리브덴계 화합물; 비스무스계 화합물; Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Ru, Pd, Ag, 및 Ru로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염; Co, Cd, Ta, Pt, 및 Ni로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염; Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염을 물에 용해시켜 촉매 현탁액을 제조하는 단계, 상기 촉매 현탁액에 유기 알카리를 투입하여 촉매 현탁액의 pH를 0.1 내지 3.3으로 조절하는 단계, 및 상기 촉매 현탁액을 건조시키는 단계를 포함하는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제조되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매는 효과적인 촉매 활성제어기술을 도입하여 고수율로 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 생산할 수 있다.
The present invention relates to a composite metal oxide for the production of (meth) acrylic acid and acrolein, and more particularly to a molybdenum compound; Bismuth-based compounds; A salt of a metal selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Ru, Pd, Ag, and Ru; A salt of a metal selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt, and Ni; Preparing a catalyst suspension by dissolving a salt of a metal selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, and Ba in water to introduce an organic alkali into the catalyst suspension; To adjust the pH of the catalyst suspension to 0.1 to 3.3, and drying the catalyst suspension. The present invention also relates to a method for producing a Mo-Bi based mixed metal oxide.
The Mo-Bi based composite metal oxide catalyst prepared according to the present invention can produce (meth) acrylic acid and acrolein with high yield by introducing an effective catalyst activity control technique.

Description

Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법 {PROCESS FOR PREPARING Mo-Bi BASED MULTI-METAL OXIDE CATALYST}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a Mo-Bi-based composite metal oxide,

본 발명은 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 프로필렌 등으로부터 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 우수한 수율로 제조할 수 있도록 효과적인 촉매 활성제어방법을 적용하여 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a Mo-Bi based composite metal oxide, and more particularly, to a method for producing a Mo-Bi based composite metal oxide by applying an effective catalytic activity control method to produce (meth) acrylic acid and acrolein from propylene, Mo-Bi based composite metal oxide.

올레핀으로부터 불포화 알데히드를 거쳐 불포화 지방산을 제조하는 공정은 대표적인 접촉기상 산화반응(catalytic vapor phase oxidation)에 해당한다. 올레핀의 부분 산화 반응에는 몰리브덴과 비스무스 함유 복합 산화물, 몰리브덴과 바나듐 함유 복합 산화물, 또는 이들의 혼합물이 촉매로 사용된다. 프로필렌 또는 이소부틸렌을 산화시켜 (메타)아크롤레인을 거쳐 (메타)아크릴산을 제조하는 공정, 나프탈렌 또는 오르소자일렌을 산화하여 무수프탈산을 제조하거나 벤젠, 부틸렌 또는 부타디엔을 부분 산화하여 무수 말레인산을 제조하는 공정이 대표적이다.The process of preparing unsaturated fatty acids from olefins via unsaturated aldehydes is a typical catalytic vapor phase oxidation. In the partial oxidation reaction of olefins, molybdenum and bismuth-containing complex oxides, molybdenum and vanadium-containing complex oxides, or mixtures thereof are used as catalysts. (Meth) acrylic acid by oxidizing ethylene, propylene or isobutylene through (meth) acrolein, or by oxidizing naphthalene or arylene ether to produce phthalic anhydride or partially oxidizing benzene, butylene or butadiene to produce maleic anhydride .

일반적으로, 프로필렌, 프로판, 이소부틸렌, t-부틸알콜 또는 메틸-t-부틸에테르(이하 '프로필렌 등'으로 지칭함)로부터 두 단계의 접촉 기상 부분 산화 반응에 의하여 최종 생산물인 (메타)아크릴산이 생성된다. 즉, 제1단계에서는 산소, 희석 불활성 기체, 수증기 및 임의량의 촉매에 의해 프로필렌 등이 산화되어 주로 (메타)아크롤레인이 제조되고, 제2단계에서는 산소, 희석 불활성 기체, 수증기 및 임의량의 촉매에 의해 상기 (메타)아크롤레인이 산화되어 (메타)아크릴산이 제조된다. 제1단계 촉매는 Mo-Bi를 기본으로 하는 다성분계 금속산화물로서 프로필렌 등을 산화하여 주로 (메타)아크롤레인을 생성한다. 또한 일부 (메타)아크롤레인은 이 촉매상에서 계속 산화가 진행되어 (메타)아크릴산이 일부 생성된다. 제2단계 촉매는 Mo-V을 기본으로 하는 다성분 금속산화물로서 제1단계에서 생성된 (메타)아크롤레인 함유 혼합 기체 중 주로 (메타)아크롤레인을 산화하여 주로 (메타)아크릴산을 생성한다.Generally, the final product, (meth) acrylic acid is obtained by two-step catalytic gas phase partial oxidation reaction from propylene, propane, isobutylene, t-butyl alcohol or methyl-t-butyl ether . That is, in the first step, propylene or the like is oxidized by oxygen, a diluted inert gas, water vapor and an optional amount of catalyst to produce (meth) acrolein mainly, and in the second step oxygen, diluted inert gas, (Meth) acrolein is oxidized to produce (meth) acrylic acid. The first stage catalyst is a multi-component metal oxide based on Mo-Bi, which oxidizes propylene and the like to mainly produce (meth) acrolein. In addition, some (meth) acrolein is continuously oxidized on this catalyst, and part of (meth) acrylic acid is produced. The second stage catalyst is a multi-component metal oxide based on Mo-V, which mainly oxidizes (meth) acrolein in the (meth) acrolein-containing mixed gas produced in the first stage to mainly produce (meth) acrylic acid.

이러한 공정을 수행하는 반응기는 하나의 장치에서 상기한 두 단계의 공정을 모두 실행할 수 있도록 구비되거나 또는 상기 두 단계의 공정을 각각 다른 장치에서 실행할 수 있도록 구비될 수 있다.The reactor for carrying out such a process may be provided so as to be able to carry out both of the above-described two-step process in one apparatus or may be provided so as to be able to execute the two-step process in another apparatus.

상기 언급한 바와 같이 대부분의 고정층 기상 촉매 반응에서 반응물 농도는 반응기 입구에서 출구로 반응물의 농도가 낮아지고 생성물이 증가되는 반응이다. 고정층 기상 촉매 반응의 특징은 반응물의 농도가 높은 촉매층 전단부에 핫 스팟(Hot Spot)이 생성되는데, 이 부위에서는 온도가 높고 목적 생성물 이외 부산물이 많이 발생된다. 이렇게 발생되는 부산물은 촉매 피독으로 활성 저하를 초래하고, 이 같은 고온 조건은 촉매 성분 승화(sublimation) 및 소결(sintering)을 야기시켜 촉매 수명을 단축시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 촉매 조성식 중의 D(알칼리) 성분의 종류 또는 성분비를 다르게 하여 제조한 다수의 촉매를 활성이 입구쪽에서 출구 방향으로 갈수록 증가하도록 충진하는 기술 및 점유공간이 다른 다수의 촉매가 다수의 반응대에 출구방향으로 갈수록 점유공간이 작아지도록 충진하는 기술 등이 알려져 있다. 또한, (ㄱ) 점유부피, (ㄴ) 하소온도 및/또는 (ㄷ) 알칼리 금속 원소 및/또는 양의 면에서 서로 상이한 수가지 촉매를 제조하는 것, 및 고저상 원통관 반응기에서 각가의 반응관의 촉매층을 관의 축방향으로 둘 이상의 층으로 분리함으로써 제공되는 반응구역을, 촉매활성이 출발 기체 입구 방향으로부터 출구 방향으로 증가하는 방법 등이 알려져 있다. As mentioned above, in most fixed bed gas phase catalytic reactions, the reactant concentration is a reaction in which the concentration of the reactant is reduced from the inlet to the outlet of the reactor and the product is increased. The characteristic of the fixed bed vapor phase catalytic reaction is that a hot spot is generated at the front end of the catalyst layer having a high concentration of reactants, and the temperature is high at this site and many byproducts other than the desired product are generated. Such by-products cause catalyst deactivation, which leads to catalytic component sublimation and sintering, thus shortening catalyst life. In order to solve this problem, a number of catalysts prepared by differentiating the kinds or composition ratios of the D (alkali) components in the catalyst composition formula so as to increase the activity from the inlet side to the outlet side and a plurality of catalysts having different occupancy spaces And a technique of filling a plurality of reaction zones so that the occupied space becomes smaller toward the exit direction. It is also possible to prepare several catalysts which are different from each other in terms of (a) occupying volume, (b) calcining temperature and / or (c) alkali metal element and / or amount, A method in which the catalytic activity is increased from the starting gas inlet direction to the outlet direction by providing the reaction zone provided by separating the catalyst layer of the catalyst bed into two or more layers in the axial direction of the tube.

상기와 같이 현재까지 알려진 Mo-Bi를 기본으로 한 프로필렌에서 아크롤레인 아크릴산을 만드는 다성분 금속산화물 촉매(1단계 촉매) 및 Mo-V을 기본으로 아크롤레인에서 아크릴산을 만드는 다성분 금속산화물 촉매(2단계 촉매)에 대한 활성 조정기술은 알카리 금속 종류 및/또는 양 조절 및 촉매 소성 온도 조절을 통한 촉매 활성 조절 기술, 촉매의 점유면적 변화를 통한 활성 조절한 기술, 그리고 촉매와 불활성 물질을 혼합하여 충진하는 기술이 알려져 있다. 상업화 공정에서 알칼리 금속 종류 및 양 조절로 촉매활성을 조절은 미량의 알카리 금속을 사용하기 때문에 균일하게 분포되지 않아 촉매 활성 조절에 많은 노력이 필요하다. 뿐만 아니라, 촉매 소성 온도의 조절을 통한 활성 조절 방법 역시 소성로 내부의 불균일한 온도 편차로 인해서 재현성 있게 촉매 활성 조절을 하기에 한계가 있다.As described above, a multi-component metal oxide catalyst (1-step catalyst) for producing acrolein acrylic acid in propylene based on Mo-Bi, and a multi-component metal oxide catalyst for producing acrylic acid in acrolein based on Mo- ) Is a technique for adjusting the activity of an alkali metal by controlling the type and / or amount of alkali metal and controlling the catalytic firing temperature, a technique for controlling the activity by changing the occupied area of the catalyst, and a technique of mixing the catalyst with an inert material Is known. In the commercialization process, the control of the catalytic activity by controlling the kind and amount of alkali metal is not uniformly distributed because a small amount of alkali metal is used, so much effort is required to control the catalytic activity. In addition, the method of controlling the activity by controlling the calcination temperature of the catalyst also has a limitation in controlling the catalytic activity reproducibly due to the uneven temperature variation inside the calcining furnace.

본 발명은 프로필렌 등으로부터 고수율로 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 제조할 수 있도록, 더욱 효과적이고 재현성이 우수한 촉매 활성 조절 방법으로 우수한 선택성을 가진 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method for producing a Mo-Bi based composite metal oxide having excellent selectivity by a catalyst activity control method which is more effective and excellent in reproducibility so that (meth) acrylic acid and acrolein can be produced from propylene etc. in high yield do.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법에 있어서, 몰리브덴계 화합물; 비스무스계 화합물; Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag, 및 Ru로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염; Co, Cd, Ta, Pt, 및 Ni로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염; Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염을 물에 용해시켜 촉매 현탁액을 제조하는 단계, 상기 촉매 현탁액에 유기 알카리를 투입하여 촉매 현탁액의 pH를 0.1 내지 3.3으로 조절하는 단계, 및 상기 촉매 현탁액을 건조시키는 단계를 포함하는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a process for producing an Mo-Bi based composite metal oxide represented by the following general formula (1), wherein the molybdenum compound; Bismuth-based compounds; A salt of a metal selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag, and Ru; A salt of a metal selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt, and Ni; Preparing a catalyst suspension by dissolving a salt of a metal selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, and Ba in water to introduce an organic alkali into the catalyst suspension; To adjust the pH of the catalyst suspension to 0.1 to 3.3, and drying the catalyst suspension. The present invention also provides a method for producing the Mo-Bi based mixed metal oxide.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MoaBibM1 cM2 dM3 eM4 fM5 gM6 hOi Mo a Bi b M 1 c M 2 d M 3 e M 4 f M 5 g M 6 h O i

상기 식에서,In this formula,

Mo는 몰리브덴이고,Mo is molybdenum,

Bi는 비스무스이고,Bi is bismuth,

M1는 W, Sb, As, P, Sn 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며,M 1 is at least one element selected from the group consisting of W, Sb, As, P, Sn and Pb,

M2는 Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag 및 Ru로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고,M 2 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag and Ru,

M3는 Co, Cd, Ta, Pt 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며,M 3 is at least one element selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt and Ni,

M4는 Al, Zr, V 및 Ce으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고,M 4 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, V and Ce,

M5는 Se, Ga, Ti, Ge, Rh 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며,M 5 is at least one element selected from the group consisting of Se, Ga, Ti, Ge, Rh and Au,

M6는 Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고,M 6 is at least one element selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr,

a, b, c, d, e, f, g, h, 및 i는 각 원소의 원자 비율을 나타낸 것이며,a, b, c, d, e, f, g, h and i represent atomic ratios of the respective elements,

a=12일 때, b는 0.01~20, c는 0~20, d는 0.001~15, e는 0.001~20, f는 0~20, g는 0~10, h는 0.001~10, i는 상기 각 성분의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이다. When a is 12, b is 0.01 to 20, c is 0 to 20, d is 0.001 to 15, e is 0.001 to 20, f is 0 to 20, g is 0 to 10, h is 0.001 to 10, It is a value determined according to the oxidation state of each component.

본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 따라 제조되며 상기 화학식 1로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제공한다. The present invention also provides a Mo-Bi based composite metal oxide, which is produced according to the above production method and represented by the above formula (1).

본 발명은 또한, 프로필렌, 프로판, 이소부틸렌, t-부틸알콜 또는 메틸-t-부틸 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반응물로부터 (메타)아크릴산을 제조하는 방법에 있어서, 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 촉매로 사용하는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인의 제조 방법을 제공한다.
The present invention also provides a process for producing (meth) acrylic acid from at least one reactant selected from the group consisting of propylene, propane, isobutylene, t-butyl alcohol and methyl-t-butyl ether, (Meth) acrylic acid and (meth) acrolein using the composite metal oxide as a catalyst.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물, 이를 촉매로 사용하는 (메타)아크릴산의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. Hereinafter, a method for producing a Mo-Bi based composite metal oxide according to a specific embodiment of the present invention, a Mo-Bi based composite metal oxide produced thereby and a method for producing (meth) acrylic acid using the same as a catalyst will be described in detail . It is to be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.&Quot; Including "or" containing ", unless the context clearly dictates otherwise throughout the specification, refers to any element (or component) including without limitation, excluding the addition of another component .

발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법에 있어서, 몰리브덴계 화합물; 비스무스계 화합물; Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag, 및 Ru로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염; Co, Cd, Ta, Pt, 및 Ni로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염; Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염을 물에 용해시켜 촉매 현탁액을 제조하는 단계, 상기 촉매 현탁액에 유기 알카리를 투입하여 촉매 현탁액의 pH를 0.1 내지 3.3으로 조절하는 단계, 및 상기 촉매 현탁액을 건조시키는 단계를 포함하는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법이 제공될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing an Mo-Bi based composite metal oxide represented by the following general formula (1), wherein the molybdenum compound; Bismuth-based compounds; A salt of a metal selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag, and Ru; A salt of a metal selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt, and Ni; Preparing a catalyst suspension by dissolving a salt of a metal selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, and Ba in water to introduce an organic alkali into the catalyst suspension; , Adjusting the pH of the catalyst suspension to 0.1 to 3.3, and drying the catalyst suspension.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MoaBibM1 cM2 dM3 eM4 fM5 gM6 hOi Mo a Bi b M 1 c M 2 d M 3 e M 4 f M 5 g M 6 h O i

상기 식에서, Mo는 몰리브덴이고; Bi는 비스무스이고; M1는 W, Sb, As, P, Sn 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며; M2는 Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag 및 Ru로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고; M3는 Co, Cd, Ta, Pt 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며; M4는 Al, Zr, V 및 Ce으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고; M5는 Se, Ga, Ti, Ge, Rh 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며; M6는 Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고; a, b, c, d, e, f, g, h, 및 i는 각 원소의 원자 비율을 나타낸 것이며; a=12일 때, b는 0.01~20, c는 0~20, d는 0~15, e는 0~20, f는 0~20, g는 0~10, h는 0~10, i는 상기 각 성분의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이고, 바람직하게는 a=12일 때, b는 0.01~15, c는 0~10, d는 0.001~10, e는 0.001~10, f는 0~15, g는 0~10, h는 0.001~10, i는 상기 각 성분의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이다.Wherein Mo is molybdenum; Bi is bismuth; M 1 is at least one element selected from the group consisting of W, Sb, As, P, Sn and Pb; M 2 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag and Ru; M 3 is at least one element selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt and Ni; M 4 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, V and Ce; M 5 is at least one element selected from the group consisting of Se, Ga, Ti, Ge, Rh and Au; M 6 is at least one element selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, and Ba; a, b, c, d, e, f, g, h, and i represent atomic ratios of the respective elements; when a = 12, b is 0.01 to 20, c is 0 to 20, d is 0 to 15, e is 0 to 20, f is 0 to 20, g is 0 to 10, h is 0 to 10, B is 0.01 to 15, c is 0 to 10, d is 0.001 to 10, e is 0.001 to 10, f is 0 to 10, 15, g is 0 to 10, h is 0.001 to 10, and i is a value determined according to the oxidation state of each component.

본 발명자들은, 프로필렌 등으로부터 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인 제조에 사용되는 Mo-Bi계 복합 금속 산화물 촉매의 활성 조절을 공침 반응 단계에서 pH 조절로 촉매 활성을 조절함에 따라 종래기술보다 효과적으로 촉매 활성을 조절하여 고수율로 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors have found that, by controlling the activity of a Mo-Bi based composite metal oxide catalyst used in the production of (meth) acrylic acid and (meth) acrolein from propylene or the like, (Meth) acrylic acid and (meth) acrolein can be prepared at a high yield by controlling the activity. Thus, the present invention has been completed.

특히, 본 발명은 제1단계 반응촉매로서 Mo-Bi계 금속산화물 촉매의 새로운 활성 조절 방법으로 알카리 금속의 함량이나 알카리 금속의 종류를 바꾸면서 활성 조절을 달성하는 기술이 아니라, 염기성 용액을 사용하여 촉매에 포함되는 금속 성분의 염을 물에 용해시킨 촉매 현탁액의 pH를 0.1 내지 3.3으로 조절한 후에, 이를 건조시켜 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조함에 따라 재현성이 우수하고 균일한 품질의 촉매를 안정적으로 생산할 수 있다. 이러한 본 발명에 따르면 상술한 바와 같이 최적 범위로 pH 를 조절하는 방법으로 사용하여, 촉매 조성이 균일하고 활성 조절이 용이하며 재현성이 우수한 촉매를 제조할 수 있다. In particular, the present invention is not a technique for achieving the control of activity while changing the content of alkali metal or the type of alkali metal by a new method for controlling the activity of Mo-Bi based metal oxide catalyst as the first reaction catalyst, The pH of the catalyst suspension in which the salt of the metal component contained in the catalyst is dissolved in water is adjusted to 0.1 to 3.3 and then the catalyst suspension is dried to produce the Mo-Bi based composite metal oxide. Thus, . According to the present invention, as described above, a catalyst having a uniform catalyst composition, easy control of activity, and excellent reproducibility can be manufactured by using the method of adjusting pH to the optimum range.

먼저, 본 발명의 Mo-Bi계 복합금속 산화물 제조 방법은 몰리브덴계 화합물 및 비스무스계 화합물과 함께 상기 복합금속 산화물에 포함되는 금속 성분의 염을 물에 용해 또는 분산시켜 촉매 현탁액을 제조하는 단계를 포함한다. First, the method for producing a Mo-Bi based composite metal oxide of the present invention includes a step of dissolving or dispersing a salt of a metal component contained in the composite metal oxide together with a molybdenum compound and a bismuth compound in water to prepare a catalyst suspension do.

상기 금속 성분으로는 Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag 및 Ru로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있으며, Co, Cd, Ta, Pt 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있고, Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있다. At least one selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag and Ru may be used as the metal component, and at least one selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, At least one species selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, and Ba can be used.

또한, 상기 촉매 현탁액은 W, Sb, As, P, Sn, Pb, Al, Zr, V, Ce, Se, Ga, Ti, Ge, Rh, 및 Au 로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 금속의 염을 추가로 포함할 수 있다. The catalyst suspension may be a salt of a metal selected from the group consisting of W, Sb, As, P, Sn, Pb, Al, Zr, V, Ce, Se, Ga, Ti, Ge, Rh, May be further included.

상기 몰리브덴계 화합물, 비스무스계 화합물, 및 금속 성분의 염은 특별히 한정되지 않으며, 각각의 금속 성분을 포함하여 물에 용해가 가능한 모든 화합물이 될 수 있다. 예컨대, 출발 물질로서, 이미 산화물이거나 적어도 산소의 존재 하에 가열(즉, 소성, calcination)시킴으로써 산화물로 전화될 수 있는 화합물, 예컨대, 할로겐화물, 질화물, 포르메이트, 옥살레이트, 시트레이트, 아세테이트, 카보네이트, 아민 착물, 암모늄염, 또는 수산화물 등이 사용될 수 있다. 이때, 상기 몰리브덴계 화합물, 비스무스계 화합물, 및 금속 성분의 염은 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물에 포함된 각 성분의 조성에 기초하여 화학양론에 따라 정해지는 함량으로 사용될 수 있다. The molybdenum-based compound, the bismuth-based compound, and the salt of the metal component are not particularly limited, and may be any compound capable of dissolving in water including each metal component. For example, as a starting material, a compound which can be converted to an oxide by heating (i.e., calcining) in the presence of an oxide or at least oxygen, such as a halide, nitride, formate, oxalate, citrate, acetate, carbonate , An amine complex, an ammonium salt, or a hydroxide can be used. At this time, the molybdenum compound, the bismuth compound, and the salt of the metal component may be used in an amount determined according to the stoichiometry based on the composition of each component contained in the final Mo-Bi based composite metal oxide.

상술한 바와 같이 촉매 현탁액을 제조한 후, 본 발명의 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법은 상기 촉매 현탁액에 유기 알카리를 투입하여 상기 촉매 현탁액의 pH를 0.1 내지 3.3으로 조절하는 단계를 포함한다. After the catalyst suspension is prepared as described above, the method for preparing the Mo-Bi based composite metal oxide of the present invention includes the step of adding the organic alkali to the catalyst suspension to adjust the pH of the catalyst suspension to 0.1 to 3.3 .

상기 촉매 현탁액의 pH는 유기 알카리, 즉, 피리딘, 암모니아 등의 염기성 용액을 사용하여 최종 촉매의 용도에 따라 최적 범위로 조절할 수 있다. 여기서, 유기 알카리는 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 아릴기를 포함하는 아민계 화합물이 될 수 있으며, 예컨대, 피리딘, 암모니아, 메틸아민, 에틸아민 등이 될 수 있다. The pH of the catalyst suspension can be adjusted to the optimum range depending on the use of the final catalyst using an organic alkali, that is, a basic solution such as pyridine or ammonia. Here, the organic alkali may be an amine compound containing an alkyl group or an aryl group having 1 to 12 carbon atoms, for example, pyridine, ammonia, methylamine, ethylamine, and the like.

상기와 같이 염기성 용액을 투입하여 조절된 촉매 현탁액의 pH는 0.1 내지 3.3, 바람직하게는 0.3 내지 3.1, 좀더 바람직하게는 0.5 내지 3.0 범위가 될 수 있다. 최종 촉매에 포함되는 금속 성분의 염을 물에 용해시킨 촉매 현탁액의 pH를 상술한 범위로 유지하여 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조함으로써, 재현성이 우수하고 균일한 품질의 촉매를 안정적으로 생산할 수 있다.The pH of the catalyst suspension adjusted by adding the basic solution as described above may be in the range of 0.1 to 3.3, preferably 0.3 to 3.1, more preferably 0.5 to 3.0. The Mo-Bi based composite metal oxide is produced by maintaining the pH of the catalyst suspension in which the salt of the metal component contained in the final catalyst is dissolved in water within the above-described range to thereby stably produce a catalyst of excellent quality and a uniform quality have.

특히, 상기 촉매 현탁액의 pH는 최종적으로 제조되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 구체적인 촉매 용도에 따라 조정할 수 있다. 즉, 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 프로필렌 등으로부터 (메타)아크롤레인 및/또는 (메타)아크릴산이 생성되는 제1단계 반응에서 촉매로 사용할 때, 상기 촉매를 반응기에 충진함에 있어서 반응기에서 반응 가스 도입부 쪽에 충진되는 촉매를 전단(Front) 촉매라하며, 반응 가스 출구부 쪽에 충진되는 촉매를 후단(Rear) 촉매라 한다. 이때, 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 전단(Front) 촉매 또는 후단(Rear) 촉매로 사용하는지 용도에 따라 촉매 활성을 달리할 수 있도록 상기 촉매 현탁액의 pH를 세분하여 조절할 수 있다. In particular, the pH of the catalyst suspension can be adjusted according to the specific catalyst application of the Mo-Bi based composite metal oxide to be finally produced. That is, when the Mo-Bi based composite metal oxide is used as a catalyst in the first step reaction in which (meth) acrolein and / or (meth) acrylic acid is produced from propylene or the like, The catalyst packed on the inlet side is referred to as a front catalyst and the catalyst packed on the outlet side of the reaction gas is referred to as a rear catalyst. At this time, the pH of the catalyst suspension may be regulated by varying the catalyst activity depending on the use of the Mo-Bi based composite metal oxide as a front catalyst or a rear catalyst.

예컨대, 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제1단계 반응에서 전단(Front) 촉매로 사용할 경우에는, 급격한 발열 반응으로 인한 소결(sintering), 파울링(fouling), 재결정화(recrystalization) 활성상의 승화(sublimation of active phase) 등의 현상이 발생하여 촉매가 손상되거나 반응기내 채널링(channeling) 현상을 방지할 있도록 후단(Rear) 촉매보다 낮은 활성을 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이, (메타)아크롤레인 및/또는 (메타)아크릴산이 생성되는 제1단계 반응에서 전단(Front) 촉매로서 최적의 활성 범위를 달성하기 위해서는, 상기 촉매 현탁액의 pH는 1.0 이상 또는 1.0 내지 3.3으로 높게 조절할 수 있다. 즉, 촉매 현탁액의 pH를 증가시킴에 따라 촉매 활성 제어 효과를 증대시키며, 제조된 촉매 활성이 좀더 낮은 범위로 조절되어 안정적인 반응을 수행할 수 있도록 유도할 수도 있다. 한편, 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제1단계 반응에서 후단(Rear) 촉매로 사용할 경우에는, 전체 공정의 전환율 및 수율 향상시킬 수 있도록 상기 전단(Front) 촉매에 비해 높은 활성을 유지하는 것이 바람직하다. For example, when the Mo-Bi based composite metal oxide is used as a front catalyst in the first step reaction, sintering, fouling, and recrystallization due to a rapid exothermic reaction, it is desirable to maintain the activity lower than that of the rear catalyst so as to prevent the catalyst from being damaged or channeling in the reactor due to occurrence of phenomena such as sublimation of active phase. Thus, in order to achieve an optimum activity range as a front catalyst in the first-step reaction in which (meth) acrolein and / or (meth) acrylic acid is produced, the pH of the catalyst suspension is preferably 1.0 or more Can be adjusted to a high level. That is, it is possible to increase the pH of the catalyst suspension to increase the catalyst activity control effect, and to control the prepared catalyst activity to a lower range to induce stable reaction. On the other hand, when the Mo-Bi based composite metal oxide is used as a rear catalyst in the first-step reaction, it is necessary to maintain the activity higher than that of the front catalyst so as to improve the conversion rate and yield of the entire process desirable.

이 때, 상기 전단(Front) 촉매의 활성은 상기 후단(Rear) 촉매의 활성에 비하여, 50% 내지 90%, 바람직하게는 55% 내재 85%, 좀더 바람직하게는 60% 내지 80%가 될 수 있다. At this time, the activity of the front catalyst may be 50% to 90%, preferably 55%, more preferably 85%, more preferably 60% to 80% of the activity of the rear catalyst have.

이렇게 최적 범위로 촉매 현탁액의 pH를 조절한 후, 본 발명의 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법은 상기 촉매 현탁액을 건조시키는 단계를 포함한다. 상기 건조 단계는 우선 상기 촉매 현탁액이 포함된 계를 증발시킨 후에 고체로 건조시킬 수 있다. After the pH of the catalyst suspension is adjusted to the optimum range in this way, the method for producing the Mo-Bi based composite metal oxide of the present invention includes a step of drying the catalyst suspension. The drying step can be firstly dried as a solid after evaporating the system containing the catalyst suspension.

한편, 본 발명에 따라 제조된 Mo-Bi계 복합금속 산화물은 상술한 바와 같이 촉매 자체를 건조시켜 단독으로 사용되거나, 또는 불활성 담체에 지지시켜 사용될 수 있다. 상기 불활성 담체를 함께 사용할 경우에는, 상기 건조 단계를 수행하기 전에 상기 pH 조절된 촉매 현탁액은 불활성 담체와 접촉시켜 촉매를 담지시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 촉매 현탁액을 진공, 노즐 분사 등과 같은 통상의 담지 방법으로 담체에 담지 시킬 수 있다. 상기 담체는 다공성 또는 비다공성 알루미나, 실리카-알루미나, 규소 카바이드, 티탄 이산화물, 마그네슘 산화물, 알루미늄 스폰지 등일 수 있다. 또한, 상기 담체는 실린더형(sylinder type), 공동의 실린더형(hallow cylindrical shape), 구형(sphere)일 수 있으나, 모양은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 실린더형의 촉매 크기는 길이와 직경(외경)의 비(L/D)가 1~1.3 범위인 것이 바람직하고, L/D = 1 비인 것이 더 바람직하다. 실린더형 및 구형의 경우 촉매의 외경은 3~10 mm인 것이 바람직하고, 외경이 5~8 mm 더 바람직하다. Meanwhile, the Mo-Bi based composite metal oxide prepared according to the present invention can be used alone by drying the catalyst itself as described above, or supported on an inert carrier as described above. When the inert carrier is used together, the pH-adjusted catalyst suspension may be further contacted with an inert carrier to carry the catalyst before carrying out the drying step. For example, the catalyst suspension may be supported on a carrier by a conventional method such as vacuum, nozzle spraying or the like. The carrier may be porous or nonporous alumina, silica-alumina, silicon carbide, titanium dioxide, magnesium oxide, aluminum sponge, and the like. In addition, the carrier may be a sylinder type, a hallow cylindrical shape, or a sphere, but the shape is not particularly limited. For example, it is preferable that the ratio of the length of the cylindrical catalyst to the diameter (outer diameter) (L / D) is in the range of 1 to 1.3, more preferably L / D = 1. In the case of cylindrical or spherical shape, the outer diameter of the catalyst is preferably 3 to 10 mm, more preferably 5 to 8 mm.

또한, 이렇게 건조된 복합금속 산화물은 분쇄 공정 등을 통해 분말, 정제, 과립 형태로 성형하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 이 경우, 촉매의 강도 및 내마찰성을 개선하는 효과로 널리 알려진 유리 섬유 및 여러 종류의 휘스커 등의 무기 섬유를 첨가할 수 있다. 또한, 우수한 재현성을 갖도록 촉매의 성질을 조절하기 위하여, 암모늄 니트레이트, 셀룰로오스, 전분, 폴리비닐알콜, 스테아르산 등의 분말 바인더로 널리 알려진 첨가제를 사용할 수 있다. Further, the dried composite metal oxide may be further subjected to a step of forming into a powder, a tablet, and a granule through a pulverizing process or the like. In this case, it is possible to add inorganic fibers such as glass fibers and various types of whiskers widely known for improving the strength and frictional resistance of the catalyst. In order to control the properties of the catalyst so as to have excellent reproducibility, additives well known as powdery binders such as ammonium nitrate, cellulose, starch, polyvinyl alcohol, and stearic acid can be used.

본 발명의 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법은 상기 성형된 생성물 또는 담체에 지지된 생성물을 0.2 내지 2 m/s 기류 하에서 300 내지 600 ℃에서 약 1 내지 10 시간 이상 소성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 소성은 불활성 기체 또는 산화 분위기(예를 들면, 공기 또는 불활성 기체와 산소의 혼합 기체 분위기), 그 밖의 환원 분위기(예를 들면, 불활성 기체, 산소 및 NH3, CO 및/또는 H2의 혼합 기체 분위기) 하에서 수행될 수 있다. 또한, 소성 시간은 수분 내지 수 시간일 수 있으며, 온도가 증가함에 따라 일반적으로 짧아질 수 있다.
The method for producing a Mo-Bi based composite metal oxide according to the present invention may further comprise a step of calcining the formed product or the product supported on the support at 300 to 600 ° C for about 1 to 10 hours or more under an air flow of 0.2 to 2 m / . The firing is an inert gas or an oxidizing atmosphere (e.g., air or a mixed gas atmosphere of an inert gas and oxygen), the other a reducing atmosphere (e.g., inert gas, oxygen, and NH 3, CO and / or a mixture of H 2 gas Atmosphere). In addition, the firing time can be several minutes to several hours, and can generally be shortened as the temperature increases.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 바와 같은 방법으로 제조되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물이 제공될 수 있다. 특히, 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a Mo-Bi based composite metal oxide may be prepared by the above-described method. In particular, the Mo-Bi based composite metal oxide may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MoaBibM1 cM2 dM3 eM4 fM5 gM6 hOi Mo a Bi b M 1 c M 2 d M 3 e M 4 f M 5 g M 6 h O i

상기 식에서, Mo는 몰리브덴이고; Bi는 비스무스이고; M1는 W, Sb, As, P, Sn 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며; M2는 Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag 및 Ru로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고; M3는 Co, Cd, Ta, Pt 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며; M4는 Al, Zr, V 및 Ce으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고; M5는 Se, Ga, Ti, Ge, Rh 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며; M6는 Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고; a, b, c, d, e, f, g, h, 및 i는 각 원소의 원자 비율을 나타낸 것이며; a=12일 때, b는 0.01~20, c는 0~20, d는 0.001~15, e는 0.001~20, f는 0~20, g는 0~10, h는 0.001~10, i는 상기 각 성분의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이고, 바람직하게는 a=12일 때, b는 0.01~15, c는 0~10, d는 0.001~10, e는 0.001~10, f는 0~15, g는 0~10, h는 0.001~10, i는 상기 각 성분의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이다. Wherein Mo is molybdenum; Bi is bismuth; M 1 is at least one element selected from the group consisting of W, Sb, As, P, Sn and Pb; M 2 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag and Ru; M 3 is at least one element selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt and Ni; M 4 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, V and Ce; M 5 is at least one element selected from the group consisting of Se, Ga, Ti, Ge, Rh and Au; M 6 is at least one element selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, and Ba; a, b, c, d, e, f, g, h, and i represent atomic ratios of the respective elements; When a is 12, b is 0.01 to 20, c is 0 to 20, d is 0.001 to 15, e is 0.001 to 20, f is 0 to 20, g is 0 to 10, h is 0.001 to 10, B is 0.01 to 15, c is 0 to 10, d is 0.001 to 10, e is 0.001 to 10, f is 0 to 10, 15, g is 0 to 10, h is 0.001 to 10, and i is a value determined according to the oxidation state of each component.

본 발명의 Mo-Bi계 복합금속 산화물은 촉매로 사용될 수 있으며, 특히, 접촉기상 부분산화반응의 촉매로 사용될 수 있다. The Mo-Bi based composite metal oxide of the present invention can be used as a catalyst, and in particular, can be used as a catalyst for the catalytic gas phase partial oxidation reaction.

또한, 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 촉매로 사용하여, 프로필렌, 프로판, 이소부틸렌, t-부틸알콜 또는 메틸-t-부틸 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반응물로부터 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 제조하는 방법이 제공될 수 있다. According to still another embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a polyimide precursor solution, which comprises reacting propylene, propane, isobutylene, t-butyl alcohol or methyl-t-butyl ether (Meth) acrylic acid and acrolein from at least one kind of reactant selected from the group consisting of (meth) acrylic acid and acrolein.

본 발명의 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 제조하는 방법은 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매를 반응기에 충진함에 있어서, 반응기에서 반응 가스 도입부 쪽의 촉매, 즉, 전단(Front) 촉매가 반응 가스 출구부 쪽의 촉매, 즉, 후단(Rear) 촉매에 비해 높은 pH 조건의 촉매 현탁액을 사용하여 제조된 것이 되도록 충진할 수 있다. In the method of producing (meth) acrylic acid and acrolein of the present invention, when the Mo-Bi based composite metal oxide catalyst is loaded in the reactor, the catalyst on the side of the reaction gas inlet in the reactor, that is, the front catalyst, It can be packed so that it is manufactured using the catalyst of the negative side, that is, the catalyst suspension of high pH condition as compared with the rear catalyst.

상기 (메타)아크릴산을 제조하는 반응의 공정 조건은 기상 촉매 산화에 의해 프로필렌 등의 반응물로부터 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인을 제조하는 데 일반적으로 사용되는 것들이 채택될 수 있다. 예를 들면, 출발 기체로서 프로필렌 공간 속도를 100 hr-1, 분자상 산소 내지 및 희석제(예컨대, 질소, 이산화탄소, 증기 등)로서 작용하는 불활성 기체 함유하는 기체 혼합물 분위기 하에서, 250 내지 400 ℃ 범위의 온도, 0.1 내지 3 kg/cm2G 범위의 압력 등의 조건 하에서 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매와 접촉시켜 의도한 반응을 수행할 수 있다. The process conditions for the reaction for producing (meth) acrylic acid may be those generally used for producing (meth) acrylic acid and (meth) acrolein from reactants such as propylene by vapor phase catalytic oxidation. For example, the starting gas may be a gas having a propylene space velocity of 100 hr -1 , an inert gas acting as molecular oxygen and a diluent (for example, nitrogen, carbon dioxide, steam, etc.) Temperature, a pressure in the range of 0.1 to 3 kg / cm 2 G, and the like, the desired reaction can be carried out by contacting with the Mo-Bi based composite metal oxide catalyst.

상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매는 반응기에서 반응 가스 도입부 쪽의 촉매, 즉, 전단(Front) 촉매로 충진됨에 있어서, 전체 충진 높이 중의 20% 이상 또는 20% 내지 50%, 바람직하게는 25% 이상 또는 25% 내지 50%, 좀더 바람직하게는 30% 이상 또는 30% 내지 50% 정도로 충진될 수 있다. 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 전단 촉매는 활성 조절 측면에서 전체 충진 높이 중의 20% 이상 또는 20% 내지 50% 범위가 되도록 충진할 수 있다. The Mo-Bi based composite metal oxide catalyst is preferably 20% or more, more preferably 20% or more, and more preferably 25% or less, more preferably 20% or more of the total filling height when filled with the catalyst on the reaction gas inlet side in the reactor, Or 25% to 50%, more preferably 30% or 30% to 50%. The shear catalyst of the Mo-Bi based composite metal oxide may be filled in the range of 20% to 50% of the entire filling height in terms of controlling the activity.

본 발명의 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 제조하는 방법은 상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매를 전단 촉매로 충진하여 촉매 활성을 효과적으로 조절함으로써, (메타)아크롤레인 및 (메타)아크릴산의 수율을 89% 이상, 바람직하게는 90% 이상으로 현저히 향상시킬 수 있으며, 고수율로 아크릴산 및 아크롤레인을 생산할 수 있다. The process for producing (meth) acrylic acid and acrolein according to the present invention is characterized in that the yield of (meth) acrolein and (meth) acrylic acid is 89% by effectively controlling the catalytic activity by filling the Mo- Or more, preferably 90% or more, and acrylic acid and acrolein can be produced at a high yield.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.In the present invention, matters other than those described above can be added or subtracted as needed, and therefore, the present invention is not particularly limited thereto.

본 발명은 효과적인 촉매 활성 제어 기술을 도입하여 촉매 현탁액의 pH를 최적 범위로 조절함으로써, 반응기에서 충진 위치에 따른 촉매의 세부 용도에 적합한 활성을 나타내는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 제조 방법 및 이로부터 제조된 Mo-Bi계 복합금속 산화물, 이를 사용한 (메타)아크릴산 및 아크롤레인의 제조 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for producing an Mo-Bi based composite metal oxide which exhibits an activity suitable for the detailed use of a catalyst according to a filling position in a reactor by adjusting the pH of the catalyst suspension to an optimal range by introducing an effective catalyst activity control technique, (Meth) acrylic acid and acrolein using the Mo-Bi based composite metal oxide.

특히, 본 발명에 따라 제조되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물은 프로필렌 또는 이소부틸렌으로부터 (메타)아크롤레인, (메타)아크릴산을 제조함에 있어서, 제1 단계에서 핫 스팟(Hot Spot) 부위의 반응을 효과적으로 억제함으로써 반응 촉매의 우수한 열안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 고수율의 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 생산할 수 있으며 고부하 운전이 가능하여 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있다. 더욱이, 알카리 금속의 양으로만 활성을 조절하는 것보다 촉매 현탁액의 pH를 조절함에 따라 목적에 맞게 촉매 활성을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.Particularly, the Mo-Bi based composite metal oxide prepared according to the present invention can be produced by reacting a hot spot region in the first step in the production of (meth) acrolein or (meth) acrylic acid from propylene or isobutylene (Meth) acrylic acid and acrolein can be produced at a high yield, and high-load operation can be performed, so that excellent performance can be exhibited. Further, the pH of the catalyst suspension can be controlled more easily than the activity of the alkali metal only, so that the catalytic activity can be easily controlled according to the purpose.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

증류수 2,500 mL를 70~85 ℃에서 가열 교반하면서 몰리브덴산암모늄 1,000 g을 용해시킴으로써 용액 (1)을 제조하였다. 증류수 400 mL에 질산비스무트 274 g, 질산철 228 g 및 질산칼륨 4.7 g을 가하고, 잘 혼합한 후 질산 71 g을 가하고 용해시켜서 용액 (2)를 제조하였다. 증류수 200 mL에 질산코발트 686 g을 용해시켜서 용액 (3)을 제조하였다. 용액 (2)와 (3)을 혼합한 후 용액의 온도를 40~60 ℃로 유지하면서 용액 (1)에 혼합하여 촉매 현탁액을 제조하였다.(1) was prepared by dissolving 1,000 g of ammonium molybdate while stirring and heating 2,500 mL of distilled water at 70 to 85 ° C. 274 g of bismuth nitrate, 228 g of iron nitrate and 4.7 g of potassium nitrate were added to 400 mL of distilled water, and the mixture was mixed well. Then, 71 g of nitric acid was added and dissolved to prepare a solution (2). Solution (3) was prepared by dissolving 686 g of cobalt nitrate in 200 mL of distilled water. After mixing the solutions (2) and (3), the solution was mixed with the solution (1) while maintaining the temperature of the solution at 40 to 60 ° C to prepare a catalyst suspension.

상기 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 0.50까지 조절하였다. The pH of the suspension was adjusted to 0.50 using a 5% solution of ammonia water in the catalyst suspension.

상기 pH 조절된 현탁액을 건조시켜 생성된 촉매 고형분을 150 ㎛ 이하로 분쇄하였다. 분쇄한 촉매 분말을 2시간 동안 혼합한 후 실린더 형으로 성형하였다. 이 때, 촉매 외경을 4.0~8.0 mm 크기로 성형하고, 480 ℃에서 5 시간 동안 공기 분위기 하에서 소성하여 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 A)를 제조하였다. 이때, 산소를 제외한 촉매 원소의 조성비는 Mo12Bi1 .2Fe1 .2Co5K0 . 1이였다. The pH-adjusted suspension was dried and the resulting catalyst solid was ground to below 150 μm. The pulverized catalyst powder was mixed for 2 hours and then molded into a cylindrical shape. At this time, the catalyst outer diameter was molded to a size of 4.0 to 8.0 mm, and the resultant was calcined at 480 DEG C for 5 hours in an air atmosphere to prepare a final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst A). At this time, the composition ratio of the catalyst element excluding oxygen is Mo 12 Bi 1 .2 Fe 1 .2 Co 5 K 0 . 1 ASD operation.

실시예Example 2 2

제조된 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 1.0까지 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 B)를 제조하였다. A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (catalyst B) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the suspension was adjusted to 1.0 using a 5% solution of ammonia water in the prepared catalyst suspension.

실시예Example 3 3

제조된 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 1.5까지 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 C)를 제조하였다. The final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst C) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the suspension was adjusted to 1.5 using a 5% solution of ammonia water in the prepared catalyst suspension.

실시예Example 4 4

제조된 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 2.0까지 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 D)를 제조하였다. A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (catalyst D) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the suspension was adjusted to 2.0 using a 5% solution of ammonia water in the prepared catalyst suspension.

실시예Example 5 5

제조된 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 2.5까지 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 E)를 제조하였다. A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (catalyst E) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the suspension was adjusted to 2.5 using a 5% solution of ammonia water in the prepared catalyst suspension.

실시예Example 6 6

제조된 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 3.0까지 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 F)를 제조하였다. A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst F) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the suspension was adjusted to 3.0 using a 5% solution of ammonia water in the prepared catalyst suspension.

비교예Comparative Example 1 One

제조된 촉매 현탁액에 별도의 pH 조절 단계 없이(pH = 0.05) 건조 공정을 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 G)를 제조하였다. The final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst G) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the prepared catalyst suspension was subjected to a drying step without pH adjustment step (pH = 0.05).

비교예Comparative Example 2 2

제조된 촉매 현탁액에 별도의 pH 조절 단계 없이(pH = 0.05) 알카리 금속량을 조절하는 방법으로 질산칼륨 7 g을 적용하여 하기 화학식 3으로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조한 한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 H)를 제조하였다. 이때, 산소를 제외한 촉매 원소의 조성비는 Mo12Bi1 .2Fe1 .2Co5K0 . 15이였다. Except for the preparation of the Mo-Bi based composite metal oxide represented by the following formula (3) by applying 7 g of potassium nitrate to the prepared catalyst suspension by adjusting the amount of alkali metal without adjusting the pH (pH = 0.05) , A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst H) was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. At this time, the composition ratio of the catalyst element excluding oxygen is Mo 12 Bi 1 .2 Fe 1 .2 Co 5 K 0 . 15 .

비교예Comparative Example 3 3

제조된 촉매 현탁액에 별도의 pH 조절 단계 없이(pH = 0.05) 알카리 금속량을 조절하는 방법으로 질산칼륨 8.1 g을 적용하여 하기 화학식 4로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조한 한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 I)를 제조하였다. 이때, 산소를 제외한 촉매 원소의 조성비는 Mo12Bi1 .2Fe1 .2Co5K0 . 17이였다.Except for the preparation of the Mo-Bi based composite metal oxide represented by the following formula (4) by applying 8.1 g of potassium nitrate as a method of controlling the amount of alkali metal in the prepared catalyst suspension without any pH adjustment step (pH = 0.05) , A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst I) was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. At this time, the composition ratio of the catalyst element excluding oxygen is Mo 12 Bi 1 .2 Fe 1 .2 Co 5 K 0 . 17 .

비교예Comparative Example 4 4

제조된 촉매 현탁액에 별도의 pH 조절 단계 없이(pH = 0.05) 알카리 금속량을 조절하는 방법으로 질산칼륨 9.5 g을 적용하여 하기 화학식 5로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조한 한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 최종 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 J)를 제조하였다. 이때, 산소를 제외한 촉매 원소의 조성비는 Mo12Bi1 .2Fe1 .2Co5K0 . 20이였다.Except for the preparation of the Mo-Bi based composite metal oxide represented by the following Chemical Formula 5 by applying 9.5 g of potassium nitrate as a method of controlling the amount of alkali metal in the prepared catalyst suspension without any pH adjustment step (pH = 0.05) , A final Mo-Bi based composite metal oxide catalyst (Catalyst J) was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. At this time, the composition ratio of the catalyst element excluding oxygen is Mo 12 Bi 1 .2 Fe 1 .2 Co 5 K 0 . 20 .

비교예Comparative Example 5 5

제조된 촉매 현탁액에 암모니아수 5% 용액을 사용하여 현탁액의 pH를 3.5까지 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매를 제조하였으나, 촉매 물성이 심하게 변성이 되어 성형 자체가 불가능하였다.
The Mo-Bi based mixed metal oxide catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH of the suspension was adjusted to 3.5 using ammonia water 5% solution in the prepared catalyst suspension, And the molding itself was impossible.

실험예Experimental Example 1 One

용융 질산염으로 가열된 내경 1인치, 길이 80 cm 스텐레스스틸 반응관에 반응가스 입구로부터 출구 방향으로 불활성 물질 알루미나 실리카를 5 cm 충진한 후, 제1단계 촉매로 실시예 1~6 및 비교예 1~4에 따라 제조된 촉매(촉매 A~J) 30 cm를 충진하였다. In a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 1 inch and a length of 80 cm heated by molten nitrate, 5 cm of inert material alumina silica was charged in the direction of the outlet from the reaction gas inlet, (Catalysts A to J) prepared in accordance with Example 4 were filled.

반응 조건은 기상 촉매 산화에 의해 프로필렌 등의 반응물로부터 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인을 제조하는 데 일반적으로 사용되는 것들이 채택될 수 있다. 예를 들면, 출발 기체로서 프로필렌 등의 반응물을 4 부피% 이상, 분자상 산소 10 내지 20 부피% 및 희석제(예컨대, 질소, 이산화탄소, 증기 등)로서 작용하는 불활성 기체 60 내지 80 부피%을 함유하는 기체 혼합물을 250 내지 500 ℃ 범위의 온도, 0.1 내지 3 kg/cm2 G 범위의 압력, 300 내지 5,000 hr-1 (STP) 범위의 공간속도에서 본 발명의 촉매와 접촉시켜 의도한 반응을 수행한다. 반응물 및 생성물에 대한 분석은 가스크로마토그래프 분석기를 사용하여 각각의 촉매 반응실험 결과를 측정하였다. As the reaction conditions, those generally used for producing (meth) acrylic acid and (meth) acrolein from reactants such as propylene by vapor catalytic oxidation can be adopted. For example, it is preferable that the starting gas contains 60 to 80% by volume of an inert gas acting as a diluent (for example, nitrogen, carbon dioxide, steam or the like) at 4 vol% or more, 10 to 20 vol% The gas mixture is contacted with the catalyst of the present invention at a temperature in the range of 250 to 500 ° C, at a pressure in the range of 0.1 to 3 kg / cm 2 G and at a space velocity in the range of 300 to 5,000 hr -1 (STP) . Reaction products and products were analyzed by gas chromatograph analyzer.

상술한 바와 같은 제1단계 촉매 반응에 대하여, 반응물질(프로필렌) 전환율 및 수율은 하기의 계산식 1, 2, 및 3에 따라 산측하였다. For the first stage catalytic reaction as described above, the conversion of the reactant (propylene) and the yield were calculated according to the following equations (1), (2) and (3).

[계산식 1][Equation 1]

Figure 112011000743718-pat00001
Figure 112011000743718-pat00001

[계산식 2][Equation 2]

Figure 112011000743718-pat00002
Figure 112011000743718-pat00002

[계산식 3][Equation 3]

Figure 112011000743718-pat00003

Figure 112011000743718-pat00003

상기 실시예 1~6 및 비교예 1~4에 따라 제조된 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 A~J)에 대한 반응 실험 결과는 하기의 표 1에 나타낸 바와 같다.
The results of the reaction tests on the Mo-Bi based composite metal oxide catalysts (catalysts A to J) prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1 below.

구분division 현탁액 pHSuspension pH 알카리금속
함량(지수h값)
Alkali metal
Content (index h value)
프로필렌
전환율
(%, 300℃)
Propylene
Conversion Rate
(%, 300 DEG C)
아크릴산+
아크롤레인의
선택도(몰%)
Acrylic acid +
Acrolein
Selectivity (mol%)
아크릴산+
아크롤레인의
수율(몰%)
Acrylic acid +
Acrolein
Yield (mol%)
실시예 1(촉매 A)Example 1 (Catalyst A) 0.500.50 0.10.1 86.3886.38 93.5993.59 80.8480.84 실시예 2(촉매 B)Example 2 (Catalyst B) 1.001.00 0.10.1 83.5883.58 93.5493.54 78.1878.18 실시예 3(촉매 C)Example 3 (Catalyst C) 1.501.50 0.10.1 79.5779.57 94.5694.56 75.2475.24 실시예 4(촉매 D)Example 4 (Catalyst D) 2.002.00 0.10.1 75.1475.14 94.2294.22 70.8070.80 실시예 5(촉매 E)Example 5 (Catalyst E) 2.502.50 0.10.1 70.0870.08 96.6396.63 67.0267.02 실시예 6(촉매 F)Example 6 (Catalyst F) 3.003.00 0.10.1 65.5765.57 95.4295.42 62.5762.57 비교예 1(촉매 G)Comparative Example 1 (Catalyst G) 0.05 0.05 0.10.1 93.6093.60 97.3197.31 86.9686.96 비교예 2(촉매 H)Comparative Example 2 (Catalyst H) 0.050.05 0.150.15 88.0388.03 92.2192.21 81.1781.17 비교예 3(촉매 I)Comparative Example 3 (Catalyst I) 0.050.05 0.170.17 89.8389.83 92.9392.93 83.3083.30 비교예 4(촉매 J)Comparative Example 4 (Catalyst J) 0.050.05 0.200.20 88.1588.15 91.7191.71 80.8480.84

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 촉매 현탁액의 pH를 최적 범위로 조절하여 제조된 실시예 1~6의 Mo-Bi계 복합금속 산화물은 pH 변화에 따라서 활성이 용이하게 조절되며 우수한 특성을 나타내는 것임을 알 수 있다. 특히, 현탁액의 pH를 0.50에서 3.0으로 증가시킬수록, 제조되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 촉매 활성에 따른 수율이 80.84%에서 62.57%로 일관성 있는 방향으로 조절됨을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 (메타)아크릴산 및 아크롤레인을 높은 전환율과 우수한 수율로 제조할 수 있도록, 제1 단계 및 제2 단계 촉매 구성 및 온도 등의 반응 조건에 따라 최적 범위의 촉매 활성을 갖는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 제조할 수 있음을 알 수 있다. As shown in Table 1, the Mo-Bi based composite metal oxides of Examples 1 to 6 prepared by adjusting the pH of the catalyst suspension to the optimum range according to the present invention are easily controlled in activity depending on the pH change, . ≪ / RTI > In particular, it can be seen that as the pH of the suspension is increased from 0.50 to 3.0, the yield according to the catalytic activity of the Mo-Bi based composite metal oxide to be produced is adjusted to a consistent direction from 80.84% to 62.57%. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a process for producing (meth) acrylic acid and acrolein in a high conversion ratio and an excellent yield, Bi-based composite metal oxide can be produced.

반면에, 별도의 pH 조절 없이 단지 알카리 금속 함량을 달리하여 제조된 비교예 1~4의 복합금속 산화물은 촉매 활성에 대한 일관성 있는 제어가 불가능함을 알 수 있다. 특히, 비교예 1에서 알카리 금속 함량을 질산칼륨 5 g(h값 0.1)을 사용하고 비교예 2에서는 질산칼륨 7 g(h값 0.15)을 사용하였을 때, 촉매 활성에 따른 수율이 86.96%에서 81.17%로 감소하였다. 그러나, 비교예 3에서 질산칼륨 8.1 g(h값 0.17)을 사용하였을 때는 다시 촉매 활성에 따른 수율이 83.30%으로 증가하고, 비교예 4에서 질산칼륨 9.5 g(h값 0.20)을 사용하였을 때는 다시 80.84%로 감소하였다. 이로써, 비교예 1~4에서와 같이 알카리 금속 함량을 달리하는 경우에는 Mo-Bi계 복합금속 산화물의 촉매 활성 제어가 불가능함을 알 수 있다.
On the other hand, it can be seen that the composite metal oxides of Comparative Examples 1 to 4, which were produced only by varying the alkali metal content without adjusting the pH separately, can not provide consistent control over the catalytic activity. Particularly, when 5 g of potassium nitrate (h value 0.1) was used as the alkali metal in Comparative Example 1 and 7 g of potassium nitrate (h value 0.15) was used in Comparative Example 2, the yield according to the catalytic activity was 86.96% to 81.17 %. However, when 8.1 g of potassium nitrate (h value 0.17) was used in Comparative Example 3, the yield was further increased to 83.30% by catalytic activity, and when 9.5 g of potassium nitrate (h 0.20) was used in Comparative Example 4 And decreased to 80.84%. As a result, it can be seen that control of the catalytic activity of the Mo-Bi based composite metal oxide is impossible when the alkali metal content is different as in Comparative Examples 1 to 4.

실험예Experimental Example 2 2

제조예Manufacturing example 1~6 및 비교  1 to 6 and comparison 제조예Manufacturing example 1 One

실시예 1~6 및 비교예 1에 따라 제조된 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 A~G)를 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 전단(Front) 촉매 및 후단(Rear) 촉매로 사용하여 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인을 제조 반응을 수행하였다. The Mo-Bi based composite metal oxide catalysts (catalysts A to G) prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were used as front catalysts and rear catalysts as shown in Table 2 below (Meth) acrylic acid and (meth) acrolein were prepared.

이때, 다음과 같이 촉매 충진(운전시간 1,000 시간) 및 활성 실험을 통해 촉매 성능을 검증하였다. At this time, the catalyst performance was verified through the catalyst filling (operation time 1,000 hours) and the activity test as follows.

먼저, 용융질산염으로 가열된 내경 1인치, 길이 3 m 스텐레스 스틸 반응관에 반응가스 입구로부터 출구방향으로 불활성 물질 알루미나 실리카를 150 ㎜ 충진한 후, 제1단계 촉매로 실시예 1~6 및 비교예 1에 따라 제조된 촉매(촉매 A~G)를 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 방식으로 2,800 mm를 충진하였다. First, 150 mm of an inert material alumina silica was filled in a 1-inch-diameter and 3-m-long stainless steel reaction tube heated with molten nitrate in the direction of the outlet from the reaction gas inlet, and then the reaction was carried out in the same manner as in Examples 1 to 6 and Comparative Example (Catalysts A to G) prepared in accordance with Example 1 were filled in 2,800 mm in the manner shown in Table 2 below.

특히, 제조예 1~6은 실시예 1~6에 따라 최적 범위로 pH를 조절하여 활성이 제어된 촉매(촉매 A~F)를 전단 촉매로 사용하면서, 비교예 1에 따라 기존 방식으로 별도 pH 조절 없이 제조된 활성 제어 없이 높은 활성의 촉매(촉매 G)를 후단 촉매로 사용하여, 전단촉매와 후단촉매가 활성이 증가하는 방향으로 배치되도록 하였다. 그러나, 비교 제조예 1의 경우, 전단촉매 및 후단촉매 모두를 비교예 1에 따라 기존 방식으로 별도 pH 조절 없이 제조된 활성 제어 없이 높은 활성의 촉매(촉매 G)로 충진하였다.
Particularly, in Production Examples 1 to 6, catalysts A to F whose activity was controlled by adjusting pH to the optimum range according to Examples 1 to 6 were used as shear catalysts, A high activity catalyst (Catalyst G) without activity control, which was produced without control, was used as the catalyst for the rear end so that the front end catalyst and the rear end catalyst were arranged to increase the activity. However, in the case of Comparative Preparation Example 1, both the shear catalyst and the rear end catalyst were filled according to Comparative Example 1 with a high activity catalyst (Catalyst G) without activity control, which was prepared in the conventional manner without separate pH adjustment.

실시예 1~6 및 비교예 1에 따라 제조된 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 A~G)를 사용한 제조예 1~6 및 비교 제조예의 반응 실험 결과는 하기의 표 2에 나타낸 바와 같다.
The results of the reaction tests of Production Examples 1 to 6 and Comparative Production Examples using the Mo-Bi based composite metal oxide catalysts (Catalysts A to G) prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 are shown in Table 2 below .

구분division 전단촉매Shear catalyst 후단촉매Rear end catalyst 프로필렌 전환율
(%, 300℃)
Propylene conversion rate
(%, 300 DEG C)
아크릴산+아크롤레인
수율(몰%)
Acrylic acid + acrolein
Yield (mol%)
성분ingredient 충진
길이
(mm)*
Filling
Length
(mm) *
충진
비율
(%)
Filling
ratio
(%)
성분ingredient 충진
길이
(mm)*
Filling
Length
(mm) *
충진
비율
(%)
Filling
ratio
(%)
제조예 1Production Example 1 촉매ACatalyst A 800800 28.6028.60 촉매GCatalyst G 2,0002,000 71.4071.40 96.2496.24 89.4089.40 제조예 2Production Example 2 촉매BCatalyst B 800800 28.6028.60 촉매GCatalyst G 2,0002,000 71.4071.40 96.1396.13 93.1093.10 제조예 3Production Example 3 촉매CCatalyst C 800800 28.6028.60 촉매GCatalyst G 2,0002,000 71.4071.40 95.8495.84 92.5092.50 제조예 4Production Example 4 촉매DCatalyst D 1,0001,000 35.7035.70 촉매GCatalyst G 1,8001,800 64.3064.30 94.3294.32 93.7893.78 제조예 5Production Example 5 촉매ECatalyst E 1,2001,200 42.8542.85 촉매GCatalyst G 1,6001,600 57.2057.20 94.1294.12 91.6491.64 제조예 6Production Example 6 촉매FCatalyst F 1,5001,500 53.5753.57 촉매GCatalyst G 1,3001,300 46.4346.43 94.8794.87 89.1389.13 비교제조예 1Comparative Preparation Example 1 촉매GCatalyst G 800800 28.6028.60 촉매GCatalyst G 2,0002,000 71.4071.40 96.7596.75 88.1388.13 * L/OD=1, L: 촉매 길이, OD: 촉매 외경 * L / OD = 1, L: catalyst length, OD: catalyst outer diameter

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 촉매 현탁액의 pH를 최적 범위로 조절하여 촉매 활성이 조절된 실시예 1~6의 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 A~F)를 전단(Front) 촉매로 사용한 제조예 1~6은 반응 수율이 89.13% 내지 93.78%로 매우 우수한 반응 결과를 나타내는 것을 알 수 있다. 반면에, 기존의 방식으로 전단촉매 및 후단촉매 모두를 별도 pH 조절 없이 제조된 비교예 1의 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 G)로 충진한 비교 제조예 1의 경우에, 반응 수율이 88.13%로 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다. As shown in Table 2 above, the Mo-Bi based composite metal oxide catalysts (Catalysts A to F) of Examples 1 to 6, in which the pH of the catalyst suspension was adjusted to the optimum range to control the catalytic activity, As a result, it was found that the reaction yields of Preparation Examples 1 to 6, which were used as catalysts for the front catalysts, ranged from 89.13% to 93.78%. On the other hand, in the case of Comparative Preparation Example 1 in which both the shear catalyst and the rear end catalyst were filled with the Mo-Bi based composite metal oxide catalyst of Comparative Example 1 (catalyst G) without adjusting the pH in the conventional manner, And 88.13%, respectively.

이로써, 본 발명에 따라 촉매 현탁액의 pH를 최적 범위로 조절하여 촉매 활성이 조절된 실시예 1~6의 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매(촉매 A~F)를 전단(Front) 촉매로 사용한 제조예 1~6은 제1단 촉매의 활성 조절이 핫 스팟(Hot Spot) 부위의 반응을 억제함에 따라서 촉매의 열안정성 및 고수율의 아크릴산을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 고부하 운전이 가능함을 알 수 있다. Thus, according to the present invention, the pH of the catalyst suspension was adjusted to the optimum range to prepare the Mo-Bi based composite metal oxide catalysts (catalysts A to F) of Examples 1 to 6, Examples 1 to 6 show that the control of the activity of the first-stage catalyst suppresses the reaction at the hot spot region, and thus it is possible to produce acrylic acid having a high thermal stability and a high yield of the catalyst as well as a high-load operation.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 프로필렌, 프로판, 이소부틸렌, t-부틸알콜 또는 메틸-t-부틸 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반응물로부터 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인을 제조하는 방법에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 Mo-Bi계 복합금속 산화물을 촉매로 사용하고,
상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매를 반응기에 충진함에 있어서, 반응기에서 반응 가스 도입부 쪽의 촉매가 반응 가스 출구부 쪽의 촉매에 비해 높은 pH 조건의 슬러리 용액 내에서 제조된 것이 충진되도록 하는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인의 제조 방법:
[화학식 1]
MoaBibM2 dM3 eM6 hOi
상기 식에서,
Mo는 몰리브덴이고,
Bi는 비스무스이고,
M2는 Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag 및 Ru로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고,
M3는 Co, Cd, Ta, Pt 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이며,
M6는 Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 원소이고,
a, b, d, e, h, 및 i는 각 원소의 원자 비율을 나타낸 것이며,
a=12일 때, b는 0.01~20, d는 0.001~15, e는 0.001~20, h는 0.001~10, i는 상기 각 성분의 산화 상태에 따라 정해지는 수치임.
(Meth) acrylic acid and (meth) acrolein from at least one reaction product selected from the group consisting of propylene, propane, isobutylene, t-butyl alcohol and methyl-t-butyl ether, By using a Mo-Bi based composite metal oxide as a catalyst,
In order to fill the Mo-Bi based mixed metal oxide catalyst in the reactor, the catalyst on the side of the reaction gas inlet side in the reactor is filled in the slurry solution having a pH higher than that of the catalyst on the outlet side of the reaction gas. ) Process for producing acrylic acid and (meth) acrolein:
[Chemical Formula 1]
Mo a Bi b M 2 d M 3 e M 6 h O i
In this formula,
Mo is molybdenum,
Bi is bismuth,
M 2 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Zn, Cr, Mn, Cu, Pd, Ag and Ru,
M 3 is at least one element selected from the group consisting of Co, Cd, Ta, Pt and Ni,
M 6 is at least one element selected from the group consisting of Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr,
a, b, d, e, h, and i represent atomic ratios of the respective elements,
When a = 12, b is 0.01 to 20, d is 0.001 to 15, e is 0.001 to 20, h is 0.001 to 10, and i is a value determined according to the oxidation state of each component.
제9항에 있어서,
상기 반응 가스 도입부 쪽의 촉매의 활성은 반응 가스 출구부 쪽의 촉매의 활성에 비해 50% 내지 90%인 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
(Meth) acrylic acid and (meth) acrolein, wherein the activity of the catalyst on the reaction gas inlet side is 50% to 90% of the activity of the catalyst on the outlet side of the reaction gas.
제9항에 있어서,
상기 Mo-Bi계 복합금속 산화물 촉매가 전체 충진 높이 중의 20% 이상 충진되도록 하는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크롤레인의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
(Meth) acrylic acid and (meth) acrolein such that the Mo-Bi based composite metal oxide catalyst is filled at least 20% of the total filling height.
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