KR101536566B1 - Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor - Google Patents

Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor Download PDF

Info

Publication number
KR101536566B1
KR101536566B1 KR1020130069048A KR20130069048A KR101536566B1 KR 101536566 B1 KR101536566 B1 KR 101536566B1 KR 1020130069048 A KR1020130069048 A KR 1020130069048A KR 20130069048 A KR20130069048 A KR 20130069048A KR 101536566 B1 KR101536566 B1 KR 101536566B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
ethanol
composite oxide
catalyst composition
butanol
Prior art date
Application number
KR1020130069048A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140146401A (en
Inventor
이정호
김주남
신현관
조경호
정연재
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020130069048A priority Critical patent/KR101536566B1/en
Publication of KR20140146401A publication Critical patent/KR20140146401A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101536566B1 publication Critical patent/KR101536566B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/78Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/04Mixing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/74Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C07C29/94Use of additives, e.g. for stabilisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/12Monohydroxylic acyclic alcohols containing four carbon atoms

Abstract

본 발명은 복합 산화물 MaCubMgcAl2Ox [식에서, M은 Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이고, a=0.0~2.0, b=0.05~2.0, c=3~8, x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄]에 복합산화물 MaCubMgcAl2Ox [식에서, M은 Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이고, a=0.0~2.0, b=0.05~2.0, c=3~8, x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄] 및/또는 복합산화물 NaCubMgcAl2Ox [식에서, N은 Co, Ni, Ru, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0, b=0.0~0.2, c=3~8, x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄]를 포함하는, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급알코올 제조용 촉매 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 촉매 조성물은 높은 전환율 및 높은 선택성을 가지며, 장기반응 안정성이 높을 뿐만 아니라, 재생 후에도 활성 회복력 및 내구성이 우수하다.
The present invention relates to a composite oxide M a Cu b Mg c Al 2 O x wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.0 ~ 2.0, b = 0.05 ~ 2.0, c = 3 ~ 8, x is a number matching the overall oxidation state of the compound] composite oxide M a Cu b Mg c Al 2 O x [formula, M a is Cr, A = 0.0 to 2.0, b = 0.05 to 2.0, c = 3 to 8, x is at least one metal selected from the group consisting of Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt. represents the number of matching the overall oxidation state; and / or a composite oxide N a Cu b Mg c Al 2 O x [equation, N denotes a metal selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Pd and Pt, a 1-butanol-containing higher alcohol production catalyst composition by catalytic condensation reaction of ethanol, wherein x = 0.01 to 2.0, b = 0.0 to 0.2, c = 3 to 8, .
The catalyst composition according to the present invention has a high conversion and a high selectivity, and not only has high long-term reaction stability, but also excellent activity recovery and durability after regeneration.

Description

에탄올로부터 1-부탄올 함유 고급 알코올의 제조방법 및 이를 위한 촉매 {Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor}Process for Preparing 1-Butanol Containing High Alcohols from Ethanol and Catalyst Therefor,

본 발명은 에탄올로부터 1-부탄올을 함유한 고급 알코올을 제조하는 방법 및 이를 위한 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택된 금속들로 수식된 복합 산화물 촉매의 존재하에 에탄올을 반응시켜 장시간 안정적으로 높은 전환율 및 선택성으로 부탄올 함유 고급 알코올을 제조하는 방법 및 상기 제조방법에 사용되는 고성능 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a 1-butanol-containing higher alcohol from ethanol and a catalyst therefor, and more particularly to a process for producing a 1-butanol-containing higher alcohol from ethanol by reacting ethanol in the presence of a complex oxide catalyst modified with selected metals, And a high-performance catalyst for use in the process.

지구 온난화 대책으로 바이오 연료가 주목받고 있다. 특히 에탄올은 사탕수수나 비트(사탕무) 등으로부터 얻을 수 있는 당을 발효법에 의해 변환시켜 합성하고 있으나, 최근 농림산품의 폐기물, 녹조류, 억새 등 다양한 바이오매스로부터 바이오 에탄올을 합성하는 기술도 확립되어 있는바, 바이오 에탄올의 생산량이 비약적으로 증대됨에 따라 새로운 친환경 원료 물질로 부각되고 있다. Biofuels are attracting attention as measures against global warming. Particularly, ethanol is synthesized by converting sugar obtained from sugarcane or beet (sugar beet) by fermentation method. Recently, however, technology for synthesizing bioethanol from various biomass such as waste of agriculture and forestry products, green algae, Bar, and bioethanol production have been rapidly increasing, they have become a new eco-friendly raw material.

현재 석유계 수송용 연료를 대체하기 위한 바이오연료는 바이오에탄올을 중심으로 보급되고 있다. 하지만, 기존의 석유계 연료 기반의 인프라에서는 바이오에탄올이 최적의 연료라 할 수 없다. 바이오에탄올은 에너지 밀도가 상대적으로 낮아 연비가 낮고, 친수성이 강하고 부식성이 높아 유통을 위해서는 저유소에 별도의 저장, 혼합시설을 갖추고 주유소에 수분유입 방지시설을 설치하는 등 인프라를 새롭게 구축해야 하는 문제가 있다. 또한 고농도로 사용하기 위해서는 FFV (Flexible fuel vehicle)라는 특별히 제조된 차량을 사용하여야 하는 문제점이 있다.Currently, biofuels to replace petroleum transportation fuels are spreading around bioethanol. However, bioethanol is not the optimal fuel for existing petroleum based infrastructure. Bioethanol has a low energy density, low fuel efficiency, high hydrophilicity, and high causticity. Therefore, there is a problem that a new storage infrastructure should be built, such as a separate storage and mixing facility at a gas station and a water inflow prevention facility installed at a gas station have. In addition, there is a problem that a specially manufactured vehicle called FFV (Flexible fuel vehicle) must be used in order to use the fuel at a high concentration.

부탄올은 에탄올에 비하여 에너지밀도가 높아 휘발유와 혼합사용시에 연비 손실이 적을 뿐만 아니라, 에탄올에 비해 증기압, 물에 대한 용해도, 부식성 등의 물성이 유리하여 휘발유의 유통 인프라를 변경하지 않고 사용할 수 있기 때문에, 정유시설에서의 혼합 및 저장이 가능하고 가솔린엔진에 바로 사용할 수 있어 차량의 개조가 필요없다는 등의 장점이 있다. Butanol has a higher energy density than ethanol, so it has less fuel consumption loss when mixed with gasoline. It also has better properties such as vapor pressure, solubility in water and corrosiveness compared to ethanol, so it can be used without changing the distribution infrastructure of gasoline , Can be mixed and stored at refineries, and can be used directly in a gasoline engine, eliminating the need for retrofitting the vehicle.

그외에도, 1-부탄올은 페인트, 용매, 가소제 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 부틸알데하이드는 가소제용 2-에틸헥사놀을 제조하는데 쓰이는 원료로 사용되고 있다. 부틸알데하이드와 1-부탄올은 현재 석유로부터 얻어지는 프로필렌을 원료로 사용하여 하이드로포르밀화 과정을 거쳐 부틸알데하이드가 생성되고, 이를 수소화하여 1-부탄올을 합성하는 옥소법에 의해 만들어진다. In addition, 1-butanol is used in a variety of applications such as paints, solvents, and plasticizers, and butylaldehyde is used as a raw material for the production of 2-ethylhexanol for plasticizers. Butylaldehyde and 1-butanol are produced by hydroformylation of propylene obtained from petroleum as a raw material to produce butylaldehyde, which is hydrogenated to synthesize 1-butanol.

1-부탄올은 바이오 에탄올처럼 생물학적으로 제조할 수도 있지만, (바이오)에탄올로부터 촉매축합반응으로 생산할 수도 있다. 에탄올의 촉매축합반응에 의한 1-부탄올의 제조에 대해서는 아래와 같은 문헌들이 알려져 있다. 1-butanol can be produced biologically like bioethanol, but it can also be produced from (bio) ethanol by catalytic condensation reaction. The following documents are known for the production of 1-butanol by the catalytic condensation reaction of ethanol.

WO 1999/38822 에서는 Ca/P 몰비를 제어한 인산칼슘계 촉매를 사용하여 에탄올을 아세트알데히드, 디에틸 에테르, 1-부탄올, 1,3-부타디엔 등으로 전환하는 기술을 개시하고 있으나, 전환율이 높지 않고 부탄올에 대한 선택성이 낮다.WO 1999/38822 discloses a technique for converting ethanol into acetaldehyde, diethyl ether, 1-butanol, 1,3-butadiene and the like using a calcium phosphate-based catalyst whose Ca / P molar ratio is controlled, And the selectivity to butanol is low.

문헌 [Reaction of ethanol over hydroxyapatite affected by Ca/P ratio of catalyst, Takashi Tsuchida, Jun Kubo, Journal of Catalysis 259 (2008) 183-189]에서는 상이한 Ca/P 몰비의 히드록시아파타이트를 촉매로서 사용하여 에탄올로부터 에틸렌, 1-부탄올 및 1,3-부타디엔을 함유하는 혼합물을 수득하는 것이 개시되어 있지만, 전환율 및 1-부탄올에 대한 선택성이 만족스럽지 못하다.In the present invention, hydroxyapatite having a different Ca / P molar ratio is used as a catalyst and ethanol is used as a catalyst. Although it has been disclosed to obtain a mixture containing ethylene, 1-butanol and 1,3-butadiene, the conversion and the selectivity to 1-butanol are unsatisfactory.

한국등록특허 제1113050호에서는 인산칼슘계 화합물 촉매의 존재하에 에탄올로부터 1-부탄올, 헥사놀, 옥타놀, 데카놀 등의 고분자 알코올 및 이들의 혼합물을 수득하는 것이 개시하고 있다. 하지만, 인칼슘계 촉매 제조시에 인과 칼슘의 몰비의 세밀한 조절이 필요하다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 전환율 및 1-부탄올에 대한 선택성이 높지 않다.Korean Patent Registration No. 1113050 discloses the production of high molecular weight alcohols such as 1-butanol, hexanol, octanol, decanol and mixtures thereof from ethanol in the presence of a calcium phosphate compound catalyst. However, there is a problem in that the molar ratio of phosphorus and calcium is required to be finely controlled at the time of preparing the calcium phosphate-based catalyst, and the conversion and the selectivity to 1-butanol are not high.

한편, 듀폰사는 Al 및 Mg 성분으로 이루어진 히드로탈사이트 화합물에 추가금속성분을 임의로 첨가하여 제조된 히드로탈사이트 구조체를 부분 분해시키거나 완전 분해 시키는 조건에서 소성시켜 제조된 촉매계를 이용하여 에탄올로부터 1-부탄올 등을 제조하는 방법을 발표하였다 (PCT/US2008/074004; PCT/US2008/073943; PCT/US2008/074026, PCT/US2009/032197, PCT/US2009/032199 및 미국공개특허 2009/0054672A1). 듀폰사는 Zn, Ni, Pd, Pt, Co, Fe, Cu, Cr, Rh, Ru, Au 및 Ir에서 선택되는 하나 이상의 추가 금속성분을 제안하였지만, 실제로는 추가 금속성분으로서 Cu, Co 또는 Ni을 함유하는 촉매들만 예시하였으며, 게다가 결과적인 측면에서 부탄올 최대 수율은 19.7% 에 불과하고, 촉매 수명이 급격히 떨어지는 결과들을 예시하고 있다.DuPont, on the other hand, is a process for producing a hydrotalcite compound, which is obtained by arbitrarily adding an additional metal component to a hydrotalcite compound composed of Al and Mg components and then calcining the hydrotalcite structure under the conditions of partially decomposing or completely decomposing the hydrotalcite structure, (PCT / US2008 / 07443, PCT / US2008 / 074026, PCT / US2009 / 032197, PCT / US2009 / 032199 and U.S. Published Patent Application 2009/0054672A1). DuPont has proposed at least one additional metal component selected from Zn, Ni, Pd, Pt, Co, Fe, Cu, Cr, Rh, Ru, Au and Ir, but actually contains Cu, And the maximum yield of butanol was only 19.7% in the resultant case, illustrating the results of a drastic decrease in catalyst lifetime.

또한, Cu-Mg-Al 혼합 산화물계 촉매를 사용하여 부탄올을 합성하는 방법(Catalysis Today 147 (2009) 231-238)이 이미 개시되어 있으나, 이 논문에서 단순 공침법으로 제조된 촉매는, 상술한 선행기술에서 히드로탈사이트를 거쳐 소성에 의해 제조되는 복합산화물 형태의 촉매계와는 제조방법이 상이하고, 전환율과 부틸알데하이드 및 1-부탄올의 선택도가 현저하게 낮다라는 문제가 있다. In addition, although a method of synthesizing butanol using a Cu-Mg-Al mixed oxide catalyst (Catalysis Today 147 (2009) 231-238) has already been disclosed, the catalyst prepared by the simple co- There is a problem that the production method is different from the catalyst system of the complex oxide type produced by calcination through hydrotalcite in the prior art and the selectivity of butylaldehyde and 1-butanol is remarkably low.

그 외, MgO-K2CO3-CuCrOx 촉매하에서 13%의 에탄올 전환율에 47%의 1-부탄올을 얻는 기술(J. Org. Chem , 1957(11),540-542) 및 알칼리 금속으로 수식된 L형 제올라이트 하에서 저급 알코올을 축합하여 고급 알코올을 얻는 기술(USP 5300695)이 공지되어 있다.In addition, a technique (J. Org. Chem., 1957 (11), 540-542) for obtaining 47% of 1-butanol at an ethanol conversion of 13% under MgO-K 2 CO 3 -CuCrOx catalyst and an alkali metal- A technique (USP 5300695) for obtaining a higher alcohol by condensing a lower alcohol under L-type zeolite is known.

그러나 지금까지 공개된 촉매들은 공업용 촉매로서 활용하기에는 성능이 매우 미흡하며, 공업적인 활용성을 갖기 위해서는 부생성물의 생성을 억제시키면서 에탄올의 전환율 및 주생성물의 선택도를 보다 향상시키고, 특히 촉매의 장기 반응 안정성 문제를 해결해야 할 필요성이 있다. However, the catalysts disclosed so far have insufficient performance to be utilized as industrial catalysts. In order to have industrially useful properties, the conversion of ethanol and the selectivity of main products are improved while suppressing the formation of by-products, There is a need to solve the reaction stability problem.

본 발명자들은 촉매적 축합반응에 의해 에탄올로부터 1-부탄올을 함유 고급 알코올을 제조하는 기술에 대해 연구를 진행하면서, 에탄올 전환율 및 1-부탄올 함유 고급 알코올의 선택성이 우수하고 또한, 장기반응 안정성 및 재생에 따른 활성 회복과 내구성이 우수하여 공업적으로 활용성이 높은 촉매를 개발하기 위해 노력하였다. The present inventors have conducted studies on a technique for producing 1-butanol-containing higher alcohols from ethanol by catalytic condensation reaction, and have found that they are excellent in ethanol conversion and selectivity of 1-butanol-containing higher alcohols, Which is superior in activity recovery and durability according to the present invention.

본 발명자들은 하기 화학식 1의 복합산화물을 포함하는 촉매에 화학식 2의 복합산화물 및/또는 화학식 3의 복합산화물을 혼합하여 수득된 촉매조성물의 존재하에 에탄올을 반응시켜 1-부탄올 함유 고급 알코올을 높은 전환율 및 선택성으로 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have found that by reacting a catalyst comprising a complex oxide of the following formula (1) with a complex oxide of the formula (2) and / or a complex oxide of the formula (3) in the presence of the obtained catalyst composition, And selectivity, and have completed the present invention.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MaCubMgcAl2Ox M a Cu b Mg c Al 2 O x

[상기식에서, M은 Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이고, a=0.0~2.0 (바람직하게는 0.0~1.0), b=0.05~2.0 (바람직하게는 0.1~1.0), c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄]; M is at least one metal selected from the group consisting of Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.0 to 2.0 (preferably 0.0 to 1.0) b = 0.05 to 2.0 (preferably 0.1 to 1.0), c = 3 to 8 (preferably 4 to 6), and x denotes the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted;

[화학식 2](2)

NaCubMgcAl2Ox N a Cu b Mg c Al 2 O x

[상기식에서, N은 Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 2가지 이상의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0 (바람직하게는 0.02~1.0) , b=0~0.2, c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄];Wherein N represents two or more metals selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.01 to 2.0 (preferably 0.02 to 1.0) c = 3 to 8 (preferably 4 to 6), and x represents the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted;

[화학식 3](3)

NaCubMgcAl2Ox N a Cu b Mg c Al 2 O x

[상기식에서, N은 Co, Ni, Ru, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0 (바람직하게는 0.02~1.0), b=0.0~0.2, c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄].Wherein n represents one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Pd and Pt, a = 0.01 to 2.0 (preferably 0.02 to 1.0), b = 0.0 to 0.2, c = 3 To 8 (preferably 4 to 6), and x represents the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted.

본 발명에 따르면, 화학식 1의 복합산화물에 화학식 2의 복합산화물 및/또는 화학식 3의 복합산화물을 적절히 조합 및 혼합하여 제조된 촉매 조성물의 존재하에 에탄올을 촉매적 축합 반응시켜 1-부탄올 함유 고급 알코올을 높은 전환율 및 높은 선택성으로 수득할 수 있다. 본 발명에 따른 촉매조성물은 장기반응안정성이 높을 뿐만 아니라, 재생 후에도 활성 회복력 및 내구성이 우수하다. According to the present invention, ethanol is catalytically condensed in the presence of a catalyst composition prepared by suitably combining and mixing the complex oxide represented by the general formula (1) and the complex oxide represented by the general formula (2) and / or the complex oxide represented by the general formula (3) Can be obtained with high conversion and high selectivity. The catalyst composition according to the present invention not only has a high long-term reaction stability, but also has excellent activity recovery and durability after regeneration.

본 발명의 첫 번째 목적은 하기 화학식 1의 복합산화물, 및 화학식 2의 복합산화물 및/또는 화학식 3의 복합산화물을 포함하는 촉매 조성물로서, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급 알코올 제조용 촉매 조성물을 제공하는 것이다:A first object of the present invention is to provide a catalyst composition comprising a complex oxide of the following formula (1), a complex oxide of the formula (2) and / or a complex oxide of the formula (3) To provide a catalyst composition comprising:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MaCubMgcAl2Ox M a Cu b Mg c Al 2 O x

[상기식에서, M은 Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이고, a=0.0~2.0 (바람직하게는 0.0~1.0), b=0.05~2.0 (바람직하게는 0.1~1.0), c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄]; M is at least one metal selected from the group consisting of Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.0 to 2.0 (preferably 0.0 to 1.0) b = 0.05 to 2.0 (preferably 0.1 to 1.0), c = 3 to 8 (preferably 4 to 6), and x denotes the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted;

[화학식 2](2)

NaCubMgcAl2Ox N a Cu b Mg c Al 2 O x

[상기식에서, N은 Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 2가지 이상의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0 (바람직하게는 0.02~1.0), b=0~0.2, c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄];Wherein N represents two or more metals selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.01 to 2.0 (preferably 0.02 to 1.0) c = 3 to 8 (preferably 4 to 6), and x represents the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted;

[화학식 3](3)

NaCubMgcAl2Ox N a Cu b Mg c Al 2 O x

[상기식에서, N은 Co, Ni, Ru, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0 (바람직하게는 0.02~1.0), b=0~0.2, c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄].Wherein n represents one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Pd and Pt, a = 0.01 to 2.0 (preferably 0.02 to 1.0), b = 0 to 0.2, c = 3 To 8 (preferably 4 to 6), and x represents the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted.

이 때, 화학식 3의 복합산화물은 구체적으로 CoaCubMgcAl2Ox, NiaCubMgcAl2Ox, RuaCubMgcAl2Ox, PdaCubMgcAl2Ox 또는 PtaCubMgcAl2Ox [각각의 식에서, a=0.01~2.0 (바람직하게는 0.02~1.0), b=0~0.2, c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄]로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 복합 산화물을 의미하며, 더욱 바람직하게는, CoaMgcAl2Ox, NiaMgcAl2Ox, RuaMgcAl2Ox, PdaMgcAl2Ox 또는 PtaMgcAl2Ox [식에서, a, c 및 x는 상기 정의된 바와 동일함]로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 복합산화물을 의미한다. In this case, the complex oxide represented by the general formula (3) is specifically Co a Cu b Mg c Al 2 O x , Ni a Cu b Mg c Al 2 O x , Ru a Cu b Mg c Al 2 O x , Pd a Cu b Mg c Al 2 O x or Pt a Cu b Mg c Al 2 O x wherein a = 0.01 to 2.0 (preferably 0.02 to 1.0), b = 0 to 0.2, c = 3 to 8 (preferably 4 To 6), and x represents the number of times the total oxidation number of the compound is matched. More preferably, Co a Mg c Al 2 O x , Ni a Mg c Al 2 O x , Ru a Mg c Al 2 O x , Pd a Mg c Al 2 O x or Pt a Mg c Al 2 O x wherein a, c and x are as defined above. ≪ / RTI >

본 발명의 두 번째 목적은 화학식 1의 복합산화물에, 화학식 2의 복합산화물 및/또는 화학식 3의 복합산화물을 추가 또는 혼합하여 제조된 촉매 조성물의 존재하에, 에탄올을 촉매적 축합반응시켜 1-부탄올 함유 고급알코올을 제조하는 것을 포함하는, 에탄올로부터 1-부탄올 함유 고급 알코올을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. A second object of the present invention is to provide a process for the production of a catalyst for catalytic condensation reaction of ethanol in the presence of a catalyst composition prepared by adding or mixing a complex oxide represented by the general formula (1) and / or a complex oxide represented by the general formula (2) Containing alcohol from ethanol to produce a higher alcohol containing 1-butanol.

이하에 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

공지된 기술항에서 전술한 바와 같이 Mg-Al으로 이루어진 산화물 촉매는 그것이 Mg-Al 히드로탈사이트 화합물로부터 소성 과정을 거쳐 유도되든지 또는 (수)산화물 형태로 공침시켜 제조하든지 에탄올을 축합시키는 기능이 있다. 그러나 Mg-Al 산화물 촉매는 활성이 낮고, 쉽게 비활성화 되어 촉매 성능이 급격히 떨어진다. 지금까지 대부분의 특허 및 문헌에서는 Mg-Al으로 조성으로 구성된 촉매의 성능을 개선시키기 위해 히드록실 작용기에 대해 탈수소 능력이 우수한 Cu 성분을 Mg-Al 산화물에 추가한 Cu-Mg-Al 조성을 갖는 촉매를 공지하고 있다. 이것은 에탄올로부터 1-부탄올을 함유한 고급(higher) 알코올을 제조하기 위해서는, 에탄올이 일차적으로 탈수소되어 아세트알데하이드가 생성되고 이것이 알돌 축합 되는 과정을 거쳐야 함으로 당연하다.The oxide catalyst made of Mg-Al as described above in the state of the art has a function of condensing ethanol whether it is derived from a Mg-Al hydrotalcite compound through calcination or coprecipitated in the form of oxide (water) . However, the Mg-Al oxide catalysts have low activity and are easily inactivated, resulting in a drastic decrease in catalyst performance. Up to now, most of the patents and literature have reported that, in order to improve the performance of a catalyst composed of Mg-Al, a catalyst having a Cu-Mg-Al composition in which a Cu component excellent in dehydrogenation ability to a hydroxyl group is added to Mg- . This is because, in order to produce higher alcohols containing 1-butanol from ethanol, ethanol is first dehydrogenated to produce acetaldehyde, which is subjected to aldol condensation.

Figure 112013053605906-pat00001
Figure 112013053605906-pat00001

또한, Mg-Al에 Cu성분이 추가 되었을 때, 알콜간 탈수 반응에 의해 에테르 화합물이 부생되는 것을 억제하는 긍정적인 효과도 있다.In addition, when a Cu component is added to Mg-Al, there is also a positive effect of suppressing the by-product of an ether compound by an alcohol-alcohol dehydration reaction.

반면에, 촉매의 탈수소 능력의 배가는 알콜과 알데하이드 화합물로부터 유도 될 수 있는 여러 부반응이 촉진되는 결과로서 1-부탄올의 선택성이 떨어지는 문제가 있다. 예를 들어 아세탈 화합물이나, 에스테르화합물류(에틸아세테이트, 에틸부틸레이트, 부틸부틸레이트 등)의 부생이 커진다. 이를 완화시키기 위한 목적으로 Co, Ni 등의 성분을 추가하여 촉매 성능을 개선시키고 있다.On the other hand, the doubling of the dehydrogenation capacity of the catalyst has a problem in that the selectivity of 1-butanol deteriorates as a result of promoting various side reactions that can be induced from alcohol and aldehyde compounds. For example, the by-products of acetal compounds and ester compounds (such as ethyl acetate, ethyl butyrate, butyl butyrate) are increased. In order to alleviate this problem, the catalyst performance is improved by adding components such as Co and Ni.

본원 발명자들은 상기한 관점에서 탈수소 능력보다는 수소화 능력이 Cu 성분에 비해 상대적으로 우수한 Co, Ni 등의 성분을 추가하여 개량 했을 시, 구리 성분 대비 상기 성분 등의 함량이 많을 때는 촉매 활성이 급격히 떨어지며, 낮을 때는 선택성 개선 효과가 미미하였고, 또한 촉매 성능이 운전 시간 경과에 따라 감소하는 비율이 커서 촉매의 장기반응안정성이 현격히 낮아짐을 확인하였다.The inventors of the present invention have found that when the content of the above-mentioned components and the like is higher than that of the copper component when the hydrogenation ability is improved by adding components such as Co and Ni, which have a hydrogenation ability relatively higher than that of the Cu component, It was found that the effect of improving the selectivity was insignificant at the low temperature and the rate of decrease of the catalyst performance with the elapse of the operation time was large and the stability of the long term reaction of the catalyst was remarkably lowered.

본원 발명에 있어서 화학식 1의 촉매는 상술한 점을 고려한 촉매 조성으로 Al:Mg 의 원자비가 2 : 3 ~ 8인 조성의 산화물에서 Cu의 원자비는 0.05 ~ 2.0 바람직하게는 0.1 ~ 1.0 범위에서 사용하는 것이 효율적이었으며, 이보다 낮을 때는 전환율 개선 효과가 없었고, 높을 때는 알데하이드류 및 에스테르류의 부생이 많은 특징을 보였다.In the catalyst of the present invention, the catalyst of formula (1) has a catalyst composition in consideration of the above-mentioned point. In the oxide of Al: Mg having an atomic ratio of 2: 3 to 8, the atomic ratio of Cu is used in the range of 0.05 to 2.0, preferably 0.1 to 1.0 , The conversion efficiency was not improved at lower temperatures, and the byproducts of aldehydes and esters were high at high temperatures.

화학식 1에서 상술한 Cu-Mg-Al 성분으로 이루어진 조성 촉매를 단독으로 사용하거나 또는 여기에 M 성분으로 Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt 성분 중에서 선택된 하나 이상의 성분으로 수식된 조성 촉매를 사용할 수 있다. 이 때, M 성분 중에 Cr는 구리와 함께 알콜의 탈수소 능력을 배가시키는데 도움이 되는 성분으로 잘 알려져 있으며, 사용량은 구리의 원자비와 같은 동량 까지 사용할 수 있다. M 중 Cr 이 외의 성분은 구리 대비 50% 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 상술한 바와 같이 과량 사용시 에탄올의 전환율 및 장기반응안정성을 감소시키는 특징을 보이기 때문이다. A composition catalyst composed of the Cu-Mg-Al component described above in Formula 1 may be used alone or in combination with one or more components selected from Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Lt; / RTI > may be used. At this time, Cr in the M component is well known as a component that helps to double the dehydrogenation capacity of alcohol together with copper, and the same amount of copper can be used as much as the atomic ratio of copper. It is preferable that the component other than Cr in M is used at 50% or less of copper. This is because, as described above, it shows the characteristic of decreasing the conversion rate of ethanol and stability of long-term reaction during the excessive use.

한편, 본원 발명자들은 Mg-Al 산화물을 Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt 등과 같이 탈수소능력보다는 수소화능력이 상대적으로 큰 성분으로 개량 했을 때에 에탄올의 전환율이 Mg-Al 산화물 촉매에 비해 매우 떨어지며, 또한, 디에틸 에테르와 같은 에테르류의 부생이 증가하는 부정적인 경향은 있지만, 알데하이드류 및 에스테르 화합물의 부생이 현격히 줄어들어 1-부탄올의 선택성이 높아지는 것을 확인하였다.On the other hand, the inventors of the present invention have found that when the Mg-Al oxide is improved to have a relatively larger hydrogenating ability than the dehydrogenating ability such as Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, the conversion of ethanol is much lower than that of the Mg- , And the byproducts of ethers such as diethyl ether tended to increase, but the byproducts of aldehydes and ester compounds were remarkably reduced, and the selectivity of 1-butanol was increased.

본 원 발명에 있어서, 화학식 2 및 화학식 3의 복합산화물은 상술한 점을 고려한 조성 촉매로서 화학식 3의 복합산화물은 CoaCubMgcAl2Ox, NiaCubMgcAl2Ox, RuaCubMgcAl2Ox, PdaCubMgcAl2Ox 또는 PtaCubMgcAl2Ox [식에서, a=0.01~2.0 (바람직하게는 0.02~1.0), b=0~0.2, c=3~8 (바람직하게는 4~6), x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄]로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 복합산화물을 의미할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, CoaMgcAl2Ox, NiaMgcAl2Ox, RuaMgcAl2Ox, PdaMgcAl2Ox 또는 PtaMgcAl2Ox [식에서, a, c 및 x는 상기 정의된 바와 동일함]로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 복합산화물을 의미한다. 즉, 화학식 3의 복합산화물 촉매는 N 성분이 각자 독자적으로 Mg-Al 산화물과 복합 산화물을 이루는 조성 촉매를 의미하며, 화학식 2의 복합산화물 촉매는 상기 N 성분 중 적어도 2개 이상이 Mg-Al 산화물과 복합 산화물을 이루는 조성 촉매을 의미한다.In the present invention, the composite oxide of the general formulas (2) and (3) is a composition catalyst considering the above-mentioned points, and the complex oxide of the general formula (3) is Co a Cu b Mg c Al 2 O x , Ni a Cu b Mg c Al 2 O x , Ru a Cu b Mg c Al 2 O x , Pd a Cu b Mg c Al 2 O x, or Pt a Cu b Mg c Al 2 O x wherein a = 0.01 to 2.0 (preferably 0.02 to 1.0) , b represents 0 to 0.2, c represents 3 to 8 (preferably 4 to 6), and x represents the number of times the total oxidation number of the compound is matched), more preferably at least one compound selected from the group consisting of , Co a Mg c Al 2 O x , Ni a Mg c Al 2 O x , Ru a Mg c Al 2 O x , Pd a Mg c Al 2 O x, or Pt a Mg c Al 2 O x , a, c and x are the same as defined above]. That is, the composite oxide catalyst of the formula (3) means a composition catalyst in which each of the N components independently forms a composite oxide with Mg-Al oxide, and at least two of the N components are Mg- And a composite catalyst constituting a composite oxide.

화학식 2 및 화학식 3의 복합산화물에서 N 성분의 함량은, Mg:Al의 원자비가 2 : 3~8인 조성에서, 일반적으로 0.05~2.0, 바람직하게는 0.1~1.0의 범위내에서 사용할 수 있다. 상기 범위보다 낮은 경우에는 선택성의 개선 효과가 저하되고, 상기 범위보다 높은 경우에는 전환율의 감소가 커진다. The content of the N component in the complex oxide of the general formulas (2) and (3) can be generally within the range of 0.05 to 2.0, preferably 0.1 to 1.0 in the composition of Mg: Al atomic ratio of 2: 3 to 8. When it is lower than the above range, the effect of improving the selectivity is lowered, and when it is higher than the above range, the lowering of the conversion rate is increased.

화학식 2 및 화학식 3의 조성을 갖는 촉매에서, 에탄올 전환율을 조절하기 위해 구리 성분을 소량 추가 할 수 있으며, 그 함유량 (즉 b의 값)은 0.0~0.2의 범위에서 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 범위보다 높을 경우 1-부탄올 함유 고급 알코올의 선택성 개선 효과가 감소한다.In the catalysts having the compositions of formulas (2) and (3), a small amount of copper component may be added in order to control the conversion of ethanol, and the content thereof (that is, the value of b) may be preferably used in the range of 0.0 to 0.2. When it is higher than the above range, the selectivity improving effect of the 1-butanol-containing higher alcohol is decreased.

본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 있어서, 에탄올을 축합시켜 1-부탄올 함유 고급 알코올을 제조하는 공정에서, 에탄올 전환 반응에서 각자 뚜렷한 특징을 나타내는 화학식 1과 화학식 2 및 화학식 3의 조성을 갖는 복합산화물들을 물리적으로 혼합시켜 제조한 촉매를 사용하는 경우, 반응물인 에탄올의 전환율 및 생성물인 1-부탄올 함유 고급 알코올의 선택성을 동시에 향상시키고 장기 반응 안정성이 우수한 촉매를 제공할 수 있다. In one preferred embodiment of the present invention, in the step of condensing ethanol to produce a 1-butanol-containing higher alcohol, complex oxides having the composition of the formulas (1), (2) and (3) In the case of using a catalyst prepared by physically mixing, it is possible to provide a catalyst which simultaneously enhances the conversion of ethanol as a reactant and the selectivity of 1-butanol-containing higher alcohol as a product, and has excellent long-term reaction stability.

예를들면, 화학식 1의 복합산화물과 화학식 2의 복합산화물을 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 물리적으로 혼합시켜 제조된 복합산화물들의 혼합물을 예시할 수 있다. 마찬가지로, 화학식 1의 복합산화물과 화학식 3의 복합산화물을 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 물리적으로 혼합시켜 제조된 복합산화물들의 혼합물을 예시할 수 있다. 이때, 화학식 1의 복합산화물의 함유량이 상기 범위보다 많으면 에탄올 전환율 측면에서는 유리하나 선택성이 낮고, 상기 범위보다 적으면 에탄올의 전환율 및 장기반응안정성이 저하된다는 문제점이 발생한다. For example, a mixture of complex oxides prepared by physically mixing the composite oxide of Formula 1 and the composite oxide of Formula 2 at a ratio of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt% can be exemplified. Likewise, a mixture of complex oxides prepared by physically mixing the complex oxide of the general formula (1) and the complex oxide of the general formula (3) in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt% can be exemplified. At this time, when the content of the complex oxide represented by the general formula (1) is higher than the above range, it is advantageous in terms of the conversion of ethanol and the selectivity is low. When the content is less than the above range, the conversion of ethanol and the long term reaction stability are deteriorated.

본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 전술한 촉매조성물은 화학식 1의 복합산화물에 화학식 2의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물의 혼합물을 첨가하여 제조될 수 있다. 이 경우, 화학식 1의 복합산화물에 대해 화학식 2의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물의 혼합물은 5~50wt% : 95~50wt%, 특별하게는 10~50wt% : 90~50wt%의 비율로 포함될 수 있다. 전술한 화학식 2의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물의 혼합물에서 화학식 2의 복합산화물에 대해 화학식 3의 복합산화물은 5~95 : 95~5wt%, 특별하게는 10~90 : 90~10wt%의 비율로 포함될 수 있다. According to one preferred embodiment of the present invention, the above-mentioned catalyst composition can be prepared by adding a mixture of the composite oxide of the formula (2) and the composite oxide of the formula (3) to the composite oxide of the formula (1). In this case, the mixture of the complex oxide represented by the general formula (2) and the complex oxide represented by the general formula (3) is contained in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt%, particularly 10 to 50 wt%: 90 to 50 wt% . In the mixture of the composite oxide of the formula (2) and the composite oxide of the formula (3), the complex oxide of the formula (3) is used in an amount of 5 to 95: 95 to 5 wt%, particularly 10 to 90: 90 to 10 wt% .

본 발명에 있어서, 화학식 1의 복합산화물, 화학식 2의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물은 서로 상이한 조성을 가지며, 특히 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물은 서로 상이한 금속성분 및/또는 조성을 갖도록 선택되는 것이 바람직하다. In the present invention, the complex oxide represented by the general formula (1), the complex oxide represented by the general formula (2) and the complex oxide represented by the general formula (3) have different compositions. Particularly, the complex oxide represented by the general formula (1) and the complex oxide represented by the general formula Is preferably selected.

본 발명에 있어서, 화학식 1~3의 복합산화물들은 먼저 각각의 금속의 전구체들로부터 히드로탈사이트 화합물을 제조한 후, 다음으로 완전 소성 과정을 거침으로써 제조될 수 있다. 또다르게는, 화학식 1~3의 복합산화물들은 먼저 각각의 금속의 전구체들로부터 공침 과정에 의해 (수)산화물을 제조한 후, 다음으로 소성 과정을 거침으로써 제조될 수 있다. 공침법에 의해 (수)산화물 형태를 먼저 제조하는 경우, 공침제 및 촉매 성분 전구체로부터 제공되는 불필요한 양이온 및/또는 음이온을 슬러리로부터 제거하기 위한 세정 과정이 매우 어렵다. 따라서, 촉매 제조 과정의 공정적인 측면에서 판단하면, 히드로탈사이트 형태를 먼저 제조하는 과정을 거치는 것이 더욱 효율적일 수 있다.In the present invention, the complex oxides of formulas (1) to (3) can be prepared by first preparing a hydrotalcite compound from precursors of respective metals, and then subjecting to a complete calcination process. Alternatively, the complex oxides of formulas (1) to (3) can be prepared by first preparing oxides from precursors of respective metals by coprecipitation followed by calcination. When preparing the (water) oxide form by the co-precipitation method, a cleaning process for removing unnecessary cations and / or anions from the slurry, which is provided from the co-precipitant and the catalyst component precursor, is very difficult. Thus, judging from a process aspect of the catalyst preparation process, it may be more efficient to go through the process of first preparing the hydrotalcite form.

+2 및 +3가 금속양이온을 포함한 히드로탈사이트 화합물의 제조 방법은 문헌 및 특허 등에 잘 공지되어있다 (Ref.Catalysis today 11(2)173-301(1991), Journal of catalysis 173,115-121(1998), US7705192). 이들 문헌은 참고로 본 발명에 혼입된다. Methods for preparing hydrotalcite compounds containing +2 and +3 metal cations are well known in the literature and patents (Ref. Catalysis today 11 (2) 173-301 (1991), Journal of catalysis 173, 115-121 ), US7705192). These documents are incorporated into the present invention by reference.

다만, 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3의 조성을 갖는 금속함유 복합산화물을 히드로탈사이트 경로 또는 (수)산화물 경로로 제조하더라도, 산화물을 제조하기 위한 소성 과정은 동일하게 진행할 수 있다. 소성은 예를들면 300~800℃, 바람직하게는 450~700℃, 특별하게는 550~650℃의 온도에서 1~20시간, 바람직하게는 3~10시간 동안 소성시키는 것이 촉매 성능을 발현시키는데 효율적이다. 특히, 히드로탈사이트 경로로 제조되는 경우에, 카보네이트 음이온을 완전 분해시켜 제거하는 것이 필요할 수 있다. However, even if the metal-containing complex oxide having the composition represented by the general formulas (1), (2) and (3) is prepared by the hydrotalcite route or the (ox) oxide route, the calcination process for producing the oxide can be carried out in the same manner. The calcination is carried out at a temperature of, for example, 300 to 800 DEG C, preferably 450 to 700 DEG C, particularly 550 to 650 DEG C for 1 to 20 hours, preferably 3 to 10 hours, to be. In particular, when prepared by the hydrotalcite route, it may be necessary to completely decompose the carbonate anion.

상기의 조건에서 제조된 화학식 1과 화학식 2 및 화학식 3의 금속 함유 복합 산화물은 본 발명에 따라 에탄올 축합 촉매로 사용하기 위해서는 물리적인 혼합 과정을 거칠 수 있는데, 이를 위한 각 조성 산화물 분말의 입자 크기는 50메쉬 이하, 바람직하게는 70메쉬 이하, 특별하게는 100메쉬로 분쇄하여 사용하는 것이 필요하다.The metal-containing complex oxide represented by the general formula (1), the general formula (2) and the general formula (3) prepared under the above conditions can be subjected to a physical mixing process for use as an ethanol condensation catalyst according to the present invention. It is necessary to crush it to 50 mesh or less, preferably 70 mesh or less, particularly 100 mesh.

본 발명에 따른 촉매 조성물의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 분말 형태 그 자체로 사용할 수도 있고, 고정상에서 기상 반응을 시킬 경우에는 임의의 성형 보조제를 병용하여 구형, 펠렛, 원통, 막대 등의 성형체로 형태화하여 사용할 수 있다.The form of the catalyst composition according to the present invention is not particularly limited and may be used in the form of a powder itself or in the case of a gas phase reaction in a fixed phase, any shaping assistant may be used to form a shaped body such as a sphere, pellet, cylinder, Can be used.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 복합산화물들은 입자 또는 분말 형태를 가질 수 있으며, 이들은 균질 혼합물의 형태로 혼합 및/또는 혼련한 다음, 바라는 형태로 성형하는 것이 바람직하다. In a preferred embodiment of the present invention, the composite oxides may have a particle or powder form, and they are preferably mixed and / or kneaded in the form of a homogeneous mixture, and then molded into a desired shape.

아래에, 본 발명에 따른 촉매조성물을 사용하여 에탄올을 촉매적으로 축합시켜 1-부탄올을 함유 고급 알코올을 제조하는 반응에 대해 기술한다. Below, the reaction of catalytically condensing ethanol with a catalyst composition according to the present invention to produce 1-butanol-containing higher alcohols is described.

에탄올의 촉매적 축합반응은 아래의 단계를 포함하는 방법에 의해 수행될 수 있다: The catalytic condensation reaction of ethanol can be carried out by a process comprising the steps of:

(1) 촉매조성물을 반응기에 충전하고, (1) charging the catalyst composition into the reactor,

(2) 에탄올을 특정한 반응온도 및 반응압력을 유지하면서 상기 반응기에 공급하여 에탄올의 촉매적 축합반응을 수행하고, (2) feeding ethanol to the reactor while maintaining a specific reaction temperature and reaction pressure to perform a catalytic condensation reaction of ethanol,

(3) 상기 에탄올과 동시에 추가 가스를 반응기에 공급하고, (3) supplying an additional gas to the reactor simultaneously with the ethanol,

(4) 수득된 부탄올을 분리 또는 정제함.(4) Separation or purification of the obtained butanol.

에탄올의 촉매적 축합반응은 기체상 또는 액체상에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 기체상에서 수행된다. The catalytic condensation reaction of ethanol can be carried out in a gas phase or a liquid phase, preferably in a gas phase.

상술한 에탄올의 촉매적 축합반응의 반응온도 및 반응압력은 특별히 제한되지 않지만, 반응온도는 일반적으로 150 내지 500℃, 바람직하게는 200 내지 350℃의 온도에서 선택될 수 있으며, 반응압력은 일반적으로 상압 내지 300 psi, 바람직하게는 상압 내지 200 psi, 특별하게는 상압 내지 10~100 psi의 압력에서 선택될 수있다. 반응온도가 상기 범위보다 낮으면 에탄올의 전환율이 낮아져서 생성물의 수율이 저하되며, 반응온도가 상기 범위보다 높아지면 메탄, C2, C3 및 C4의 포화 및 불포화 탄화수소의 생성으로 선택성이 저하될 우려가 있다. 또한, 반응 압력이 상기 범위보다 높으면, 전환율이 감소될 수 있다.Although the reaction temperature and the reaction pressure of the catalytic condensation reaction of ethanol are not particularly limited, the reaction temperature can be generally selected from the range of 150 to 500 ° C, preferably 200 to 350 ° C, At a pressure of from atmospheric pressure to 300 psi, preferably atmospheric pressure to 200 psi, especially atmospheric pressure to 10 to 100 psi. When the reaction temperature is lower than the above range, the conversion of ethanol is lowered and the yield of the product is lowered. When the reaction temperature is higher than the above range, the selectivity may be lowered due to formation of saturated and unsaturated hydrocarbons of methane, C2, C3 and C4 . Further, if the reaction pressure is higher than the above range, the conversion rate can be reduced.

상술한 에탄올의 촉매적 축합반응은 촉매의 활성 유지를 위해 수소, 질소 또는 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 가스의 존재 하에 수행할 수 있다. 경우에 따라, 상기 가스는 산소, 이산화탄소 및 불활성 가스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더욱 포함할 수 있다. The above catalytic condensation reaction of ethanol can be carried out in the presence of a gas selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen or a mixture thereof for maintaining the activity of the catalyst. Optionally, the gas may further comprise one or more gases selected from the group consisting of oxygen, carbon dioxide and inert gas.

본 발명에 따른 촉매조성물을 사용하여 에탄올의 촉매적 축합반응을 수행할 수 있는 반응기는 특별히 한정되지 않지만, 공업적인 측면에서 고정층 연속 반응기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. The reactor capable of carrying out the catalytic condensation reaction of ethanol using the catalyst composition according to the present invention is not particularly limited, but it may be preferable to use a fixed bed continuous reactor in terms of the industrial aspect.

수득된 부탄올 및 헥사놀 등의 정제 또는 분리는 당 업계에 통상적으로 알려진 방법, 예를들면 증류, 추출 등의 방법으로 수행될 수 있다. Purification or separation of the obtained butanol and hexanol and the like can be carried out by a method commonly known in the art, for example, distillation, extraction and the like.

본 발명의 명세서에 있어서, 상술한 반응온도 및 반응압력은 반응기 내의 온도 및 압력을 의미할 수 있다. In the present specification, the reaction temperature and the reaction pressure mentioned above may mean the temperature and the pressure in the reactor.

본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명된다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 주어진 것으로 어떠한 방식으로든 본 발명을 한정하지 않으며, 이들의 변형 또는 변경은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
The present invention will be described in more detail by way of examples. The following examples are given to illustrate the invention and are not to be construed as limiting the invention in any manner, and all such modifications and variations are intended to be included within the scope of the present invention.

제조예 1 : Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox 의 제조 Production Example 1 : Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x Manufacturing

4.65g의 Cu(NO3)2·3H2O, 143.24g의 Mg(NO3)2·6H2O 및 72.27g의 Al(NO3)3·9H2O를 탈이온수에 용해시켜 용액 A를 제조한다. 91.87g의 Na2CO3을 탈이온수에 용해시켜 용액 B를 제조한다. 2M NaOH 용액 (용액 C)을 준비한다. A solution A was prepared by dissolving 4.65 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O, 143.24 g of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 72.27 g of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O in deionized water . 91.87 g of Na 2 CO 3 is dissolved in deionized water to prepare solution B. Prepare 2M NaOH solution (solution C).

비이커에 200ml의 탈이온수를 붓고, 용액 A 및 용액 B를 동시에 적하하여 공침 과정을 수행하고, 이동안 용액 C를 이용하여 pH 9.5를 유지한다. 용액 A 및 용액 B가 모두 적하되면 pH를 10.0~10.2 으로 맞추고, 대략 30분 동안 교반한 후에 pH를 재확인한다. 200 ml of deionized water is poured into the beaker, and the solution A and the solution B are added dropwise at the same time to carry out the coprecipitation process, and the pH 9.5 is maintained using the mobile solution C. When both Solution A and Solution B are dropped, the pH is adjusted to 10.0 to 10.2, and the pH is confirmed after stirring for about 30 minutes.

결과된 반응혼합물을 60℃에서 12시간 이상 숙성하고, 여과 및 세척하고, 100℃에서 5시간 이상 건조하고, 600℃에서 6시간 동안 소성하여, 상기 조성식을 갖는 복합산화물을 수득하였다.The resulting reaction mixture was aged at 60 DEG C for 12 hours or more, filtered and washed, dried at 100 DEG C for 5 hours or more, and calcined at 600 DEG C for 6 hours to obtain a composite oxide having the above composition formula.

제조예 2 : Cr0.2Cu0.2Mg5.8Al2.0Ox 의 제조 Production Example 2 : Preparation of Cr 0.2 Cu 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x

2.21g Cu(NO3)2·3H2O, 68.08g의 Mg(NO3)2·6H2O 및 34.34g의 Al(NO3)3·9H2O 를 탈이온수에 용해시켜 용액 A를 제조한다. 44.63g의 Na2CO3을 탈이온수에 용해시켜 용액 B를 제조한다. 2M NaOH 용액 (용액 C)을 준비하고, 3.67g의 Cr(NO3)3·9H2O을 탈이온수에 용해시켜 용액 D를 제조한다.2.21 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O, 68.08 g of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 34.34 g of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O in deionized water to prepare Solution A do. 44.63 g of Na 2 CO 3 is dissolved in deionized water to prepare solution B. A 2M NaOH solution (solution C) is prepared, and 3.67 g of Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O is dissolved in deionized water to prepare solution D.

비이커에 100ml의 탈이온수를 붓고, 용액 A 및 용액 B를 동시에 적하하여 공침 과정을 수행하고, 이동안 용액 C를 이용하여 pH 9.5를 유지한다. 용액 A 및 용액 B가 모두 적하되면 pH 10~10.2으로 맞추고, 대략 30분 동안 교반한 후에 pH를 재확인한다. 결과된 반응혼합물을 60℃에서 12시간 이상 수열 숙성하고, 온도를 감온하여 실온에서 용액 D를 적하하고, 이동안 용액 C를 이용하여 pH 9.5를 유지한다. 100 ml of deionized water was poured into the beaker, and the solution A and the solution B were added dropwise at the same time to carry out the coprecipitation process, and the pH 9.5 was maintained using the mobile solution C. When both solution A and solution B are dropped, the pH is adjusted to 10 to 10.2, and the pH is confirmed after stirring for about 30 minutes. The resultant reaction mixture was hydrothermally aged at 60 ° C. for 12 hours or more, the temperature was raised to drop the solution D at room temperature, and the pH of the solution was kept at 9.5 using the mobile solution C.

결과된 반응혼합물을 가온하여 80℃에서 5시간 동안 숙성하고, 여과 및 세척하고, 100℃에서 5시간 이상 건조하고, 600℃에서 6시간 동안 소성하여, 상기 조성식을 갖는 복합산화물을 수득하였다.
The resultant reaction mixture was warmed, aged at 80 DEG C for 5 hours, filtered and washed, dried at 100 DEG C for 5 hours or more, and calcined at 600 DEG C for 6 hours to obtain a composite oxide having the above composition formula.

제조예 3 : Co0.2Ni0.2Mg5.8Al2.0Ox 의 제조 Production Example 3 : Preparation of Co 0.2 Ni 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x

용액 A에 질산구리(Cu) 대신에 질산코발트(Co) 및 질산니켈(Ni)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 진행하여, 상기 조성식을 갖는 복합산화물을 수득하였다.
A composite oxide having the above composition formula was obtained by proceeding in the same manner as in Production Example 1, except that cobalt nitrate (Co) and nickel nitrate (Ni) were used instead of copper nitrate (Cu) in Solution A.

제조예 4 : Ru0.2Mg5.8Al2.0Ox 의 제조 Production Example 4 : Preparation of Ru 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x

69.12g의 Mg(NO3)2·6H2O 및 34.87g의 Al(NO3)3·9H2O를 탈이온수에 용해시켜 용액 A를 제조한다. 45.22g의 Na2CO3을 탈이온수에 용해시켜 용액 B를 제조한다. 2M NaOH 용액 (용액 C)을 준비하고, 2.26g의 RuCl3·2H2O을 탈이온수에 용해시켜 용액 D를 제조한다.Solution A is prepared by dissolving 69.12 g of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 34.87 g of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O in deionized water. 45.22 g of Na 2 CO 3 is dissolved in deionized water to prepare solution B. A 2M NaOH solution (solution C) is prepared, and 2.26 g of RuCl 3 .2H 2 O is dissolved in deionized water to prepare solution D.

비이커에 100ml의 탈이온수를 붓고, 용액 A 및 용액 B를 동시에 적하하여 공침 과정을 수행하고, 이동안 용액 C를 이용하여 pH 9.5를 유지한다. 용액 A 및 용액 B가 모두 적하되면 pH 10~10.2으로 맞추고, 대략 30분동안 교반한 후에 pH를 재확인한다. 결과된 반응혼합물을 60℃에서 12시간 이상 숙성하고, 온도를 감온하여 실온에서 용액 D를 적하하고, 이동안 용액 C를 이용하여 pH 9.5를 유지한다. 100 ml of deionized water was poured into the beaker, and the solution A and the solution B were added dropwise at the same time to carry out the coprecipitation process, and the pH 9.5 was maintained using the mobile solution C. When both solution A and solution B are dropped, the pH is adjusted to 10 to 10.2, and the pH is confirmed after stirring for about 30 minutes. The resulting reaction mixture is aged at 60 DEG C for at least 12 hours, the temperature is raised, the solution D is dropped at room temperature, and the pH of the solution is maintained at 9.5 using the mobile solution C.

결과된 반응혼합물을 다시 가온하여 80℃에서 5시간 동안 숙성하고, 여과 및 세척하고, 100℃에서 5시간 이상 건조하고, 600℃에서 6시간 동안 소성하여, 상기 조성식을 갖는 복합산화물을 수득하였다.
The resultant reaction mixture was heated again, aged at 80 DEG C for 5 hours, filtered and washed, dried at 100 DEG C for 5 hours or more, and calcined at 600 DEG C for 6 hours to obtain a composite oxide having the above composition formula.

제조예 5~10Production Examples 5 to 10

상기 제조예 1에서와 동일한 방법을 사용하여, 다음 조성식을 갖는 복합산화물을 각각 제조하였다: Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 5), Co0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 6), Ni0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 7), Ni0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 8), Cu0 .2Co0 .2Mg5 .6Al2 .0Ox (제조예 9) 및 Cu0 .02Co0 .18Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 10)
Using the same method as in Preparation Example 1, to prepare a complex oxide having the following formula, respectively: Co 0 .8 .2 Mg 5 Al 2 O x .0 (Preparation Example 5), Co 0 .4 Mg 5 . 8 Al 2 .0 O x (Production example 6), Ni 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x ( Preparation example 7), Ni 0 .4 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x ( Preparation 8), Cu 0. 2 Co 0 .2 Mg 5 .6 Al 2 .0 O x (Preparation Example 9) and Cu 0 .02 Co 0 .18 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x (Preparation Example 10)

제조예 11 : Co0.4Mg5.8Al2.0Ox 의 제조(수산화물 경로로 제조) Production Example 11 : Preparation of Co 0.4 Mg 5.8 Al 2.0 O x (prepared by a hydroxide route)

5.38g의 Co(NO3)2·6H2O, 69.45g의 Mg(NO3)2·6H2O 및 35.0g의 Al(NO3)3·9H2O를 탈이온수에 용해시켜 용액 A를 제조한다. 5M NaOH 용액(용액 B)을 준비한다.5.38 g of Co (NO 3 ) 2揃 6H 2 O, 69.45 g of Mg (NO 3 ) 2揃 6H 2 O and 35.0 g of Al (NO 3 ) 3揃 9H 2 O were dissolved in deionized water to prepare Solution A . 5 M NaOH solution (solution B) is prepared.

비이커에 100ml의 탈이온수를 붓고, 용액 A 및 용액 B를 동시에 적하하여 공침 과정을 수행한다. 이 때, pH를 9~10 범위에서 유지하였다. 공침 과정 완료 후 pH를 10.0~10.2 으로 맞추고 30분정도 교반 후에 pH를 재 확인한다. 이 후, 80℃에서 12시간 이상 숙성 과정을 수행한다. 여과 및 세척을 실시하고, 100℃에서 5시간 이상 건조시킨 후, 600℃에서 6시간 동안 소성시켜 촉매를 제조하였다.100 ml of deionized water is poured into the beaker, and the solution A and the solution B are simultaneously added dropwise to perform the coprecipitation process. At this time, the pH was maintained in the range of 9-10. After completing the coprecipitation process, set the pH to 10.0 ~ 10.2 and check the pH after stirring for about 30 minutes. Thereafter, the aging process is performed at 80 DEG C for 12 hours or more. Filtered and washed, dried at 100 ° C for 5 hours or more, and then calcined at 600 ° C for 6 hours to prepare a catalyst.

비이커에 100ml의 탈이온수를 붓고, 용액 A 및 용액 B를 동시에 적하하여 공침 과정을 수행하고, 이동안 pH를 9~10의 범위에서 유지한다. 공침 과정이 완료되면, pH 10~10.2 로 맞추고, 대략 30분 동안 교반한 후에 pH를 재확인한다. 100 ml of deionized water is poured into the beaker, and the solution A and the solution B are simultaneously added dropwise to conduct coprecipitation, and the pH of the mobile phase is maintained in the range of 9 to 10. When the coprecipitation process is completed, the pH is adjusted to 10 to 10.2, and the pH is re-confirmed after approximately 30 minutes of stirring.

결과된 반응혼합물을 80℃에서 12시간 이상 숙성하고, 여과 및 세척하고, 100℃에서 5시간 이상 건조하고, 600℃에서 6시간 동안 소성하여, 상기 조성식을 갖는 복합산화물 촉매를 수득하였다.The resulting reaction mixture was aged at 80 DEG C for 12 hours or more, filtered and washed, dried at 100 DEG C for 5 hours or more, and calcined at 600 DEG C for 6 hours to obtain a composite oxide catalyst having the above composition formula.

상기 제조예들에서 수득된 복합산화물들은 입자 크기를 100메쉬 이하로 일정하게 분쇄하여 하기 실시예에서 사용된다.
The composite oxides obtained in the above Preparation Examples were used in the following examples by pulverizing the particle size uniformly to 100 mesh or less.

실시예 1 : 20wt% Cu0.2Mg5.8Al2.0Ox + 80wt% Co0.2Ni0.2Mg5.8Al2.0Ox Example 1 20 wt% Cu 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x + 80 wt% Co 0.2 Ni 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x

20중량%의 Cu0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 1) 및 80중량%의 Co0.2Ni0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 3)을 균일하게 혼합하고, 타정법으로 성형하고, 20~40 메쉬 크기로 파쇄 및 선별하여 촉매 분말을 제조하였다.20% by weight of Cu 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x (Preparation Example 1) and 80% by weight of Co 0.2 Ni 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x (Preparation Example 3) were uniformly mixed, To 40 mesh size to prepare a catalyst powder.

상기 촉매 분말 2g을 1/2 인치 관형 반응기에 충진하고, 5% 수소 분위기 하에서 270℃에서 활성화시켰다. 2 g of the catalyst powder was charged in a 1/2 inch tubular reactor and activated at 270 캜 in a 5% hydrogen atmosphere.

에탄올을 WHSV=0.6hr-1의 도입 속도로 수소 및 질소의 혼합 가스(50%:50% v/v)와 함께 공급하면서 연속 반응을 수행하였다. 반응 온도는 270~280℃, 반응 압력은 15~60 psi 범위에서 조절하였다.The continuous reaction was performed while supplying ethanol with a mixed gas of hydrogen and nitrogen (50%: 50% v / v) at an introduction rate of WHSV = 0.6 hr -1 . The reaction temperature was controlled in the range of 270 ~ 280 ℃ and the reaction pressure was in the range of 15 ~ 60 psi.

생성물을 가스크로마토그래피로 측정하여 정량적으로 분석하고, 수득된 반응성 실험 결과는 하기 표 2에 기재한다. The products were quantitatively analyzed by measuring by gas chromatography, and the results of the obtained reaction experiments are shown in Table 2 below.

반응물(에탄올)의 전환율(%) 및 생성물(1-부탄올)의 선택성은 하기 수학식 1 및 2에 의해 각각 계산되었다. The conversion (%) of the reactant (ethanol) and the selectivity of the product (1-butanol) were calculated by the following equations (1) and (2), respectively.

[수학식 1] [Equation 1]

반응물 전환율(%) = (반응한 에탄올의 카본 몰수/반응물 전체 카본 몰수)100 Reactant conversion ratio (%) = (number of moles of carbon in the reacted ethanol / number of moles of total carbon in the reactant) 100

[수학식 2]&Quot; (2) "

생성물 선택성(%) = (생성물의 카본 몰수/반응한 에탄올의 카본 몰수)100
Product selectivity (%) = (moles of carbon in the product / moles of carbon in the reacted ethanol) 100

실시예 2 : 20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox + 80wt% Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox Example 2 : 20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x + 80 wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x

20중량%의 Cu0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 1) 및 80중량%의 Co0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 5)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 에탄올 전환반응을 수행하였다. 반응성 실험 결과는 표 2에 기재한다.
Except that 20 wt% of Cu 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x (Preparation Example 1) and 80 wt% of Co 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x (Production Example 5) were used in the same procedure as in Example 1 Followed by an ethanol conversion reaction. The results of the reactivity test are shown in Table 2.

실시예 3 : 20wt% Cr0.2Cu0.2Mg5.8Al2.0Ox + 80wt% Co0.2Mg5.8Al2.0Ox Example 3 : 20 wt% Cr 0.2 Cu 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x + 80 wt% Co 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x

20중량%의 Cr0 .2Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 2) 및 80중량%의 Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 5)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 에탄올 전환반응을 수행하였다. 반응성 실험 결과는 표 2에 기재한다.
Of 20% by weight Cr 0 .2 Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x (Preparation Example 2) and 80 wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x (Production Example 5) was used instead of the ethanol conversion reaction of Example 1. The results of the reactivity test are shown in Table 2.

실시예Example 4~6 4 to 6

제조예 1, 제조예 4 및 제조예 7~8에서 수득된 복합산화물을 표 1에 기재된 종류 및 함량으로 함유하는 촉매를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 실질적으로 동일한 절차 및 공정조건에 따라 에탄올 전환 반응을 실시하였다. 반응성 실험 결과는 표 2 및 표 3에 기재한다. Substantially the same procedures and process conditions as in Example 1 were used, except that the catalysts containing the complex oxides obtained in Production Example 1, Production Example 4 and Production Examples 7 to 8 in the kind and content shown in Table 1 were used Followed by ethanol conversion reaction. The results of the reactivity test are shown in Tables 2 and 3.

실시예 번호Example No. 복합산화물
제조예 번호
Complex oxide
Manufacturing Example No.
촉매 조성 및 함량Catalyst composition and content
실시예 1Example 1 제조예 1
제조예 3
Production Example 1
Production Example 3
20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
80wt% Co0 .2Ni0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
80wt% Co 0 .2 Ni 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
실시예 2Example 2 제조예 1
제조예 5
Production Example 1
Production Example 5
20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
80wt% Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
80wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
실시예 3Example 3 제조예 2
제조예 5
Production Example 2
Production Example 5
20wt% Cr0 .2Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
80wt% Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
20wt% Cr 0 .2 Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
80wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
실시예 4Example 4 제조예 1
제조예 4
Production Example 1
Production Example 4
20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
80wt% Ru0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
80 wt% Ru 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
실시예 5Example 5 제조예 1
제조예 7
Production Example 1
Production Example 7
10wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
90wt% Ni0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
10 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
90 wt% Ni 0. 2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
실시예 6Example 6 제조예 1
제조예 8
Production Example 1
Production Example 8
20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
80wt% Ni0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox
20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
80wt% Ni 0 .4 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
실시예 7Example 7 제조예 1
제조예 5
제조예 7
Production Example 1
Production Example 5
Production Example 7
20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
40wt% Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
40wt% Ni0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox
20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
40wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x
40wt% Ni 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x

Figure 112013053605906-pat00002
Figure 112013053605906-pat00002

Figure 112013053605906-pat00003
Figure 112013053605906-pat00003

실시예 7 : 20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox + 40wt% Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox + 40wt% Ni0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox Example 7 : 20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x + 40 wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x + 40 wt% Ni 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x

20중량%의 Cu0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 1), 40중량%의 Co0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 5) 및 40중량%의 Ni0.2Mg5.8Al2.0Ox (제조예 7)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 촉매를 제조하였다. 20% by weight of Cu 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x (Preparation Example 1), 40% by weight of Co 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x (Preparation Example 5) and 40% by weight of Ni 0.2 Mg 5.8 Al 2.0 O x The catalyst was prepared according to the same procedure as in Example 1, except that Example 7 was used.

상기 촉매를 사용한 에탄올 전환반응을 280℃, 60psi 및 WHSV=0.6hr- 1 의 공정조건 및 수소/질소=25/25 v/v 가스의 흐름 하에서 1개월 동안 연속적으로 수행하였다. The ethanol conversion reaction using the catalyst 280 ℃, 60psi and WHSV = 0.6hr - was carried out continuously for one month under the process conditions 1 and the flow of the hydrogen / nitrogen = 25/25 v / v of the gas.

그런 다음, 탈카본화 과정을 420℃ 및 공기 흐름 하에서 수행하여 촉매를 재활성화시켰다. 재활성화된 촉매를 사용하여 상기와 동일한 공정조건 및 동일한 수소/질소 분위기에서 조사하였다.
The decarboxylation process was then performed at 420 < 0 > C and under air flow to reactivate the catalyst. The reactivated catalyst was used in the same process conditions and under the same hydrogen / nitrogen atmosphere as above.

반응 결과는 하기 표 4에 기재한다. 표 4는 실시예 7의 촉매가 장기 반응 안정성이 우수하며, 재생에 따른 활성 회복 및 내구성 또한 우수한 것을 보여준다.
The reaction results are shown in Table 4 below. Table 4 shows that the catalyst of Example 7 is excellent in long-term reaction stability, and has excellent activity recovery and durability upon regeneration.

Figure 112013053605906-pat00004
Figure 112013053605906-pat00004

실시예 8 및 9 : 20wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox + 80wt% Co0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox Examples 8 and 9 : 20 wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x + 80 wt% Co 0 .4 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x

20중량%의 Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 1) 및 80중량%의 Co0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 6, 히드로탈사이트 경로로 제조)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 촉매 (실시예 8)를 제조하였다. 20중량%의 Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 1) 및 80중량%의 Co0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox (제조예 11, 수산화물 경로로 제조)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 촉매 (실시예 9)를 제조하였다. 20 wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (Production Example 1) and 80% by weight of Co0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox (Example 8) was prepared according to the same procedure as in Example 1, except that the catalyst (Preparation Example 6, prepared by the hydrotalcite route) was used. 20 wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox (Production Example 1) and 80% by weight of Co0 .4Mg5 .8Al2 .0Ox (Example 9) was prepared according to the same procedure as in Example 1, except that the catalyst (Preparation Example 11, prepared by the hydroxide route) was used.

상기 촉매들을 사용하여, 하기 표 5에 기재된 공정조건을 제외하고는 실시예 1에서와 유사하게 에탄올 전환반응을 수행하였다. 반응 결과는 하기 표 5에 기재한다.
Using the above catalysts, an ethanol conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except for the process conditions shown in Table 5 below. The reaction results are shown in Table 5 below.

Figure 112013053605906-pat00005
Figure 112013053605906-pat00005

비교 compare 실시예Example 1~6 1 to 6

하기 표 6에 기재된 조성을 갖는 복합산화물들만을 촉매로 사용하여, 실시예 1에서와 유사하게 에탄올 전환반응을 수행하였다. The ethanol conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that only complex oxides having the composition shown in Table 6 were used as catalysts.

반응성 실험 결과는 표 7에 기재한다.The results of the reactivity test are shown in Table 7.

실시예 번호Example No. 복합산화물
제조예 번호
Complex oxide
Manufacturing Example No.
촉매 조성 및 함량Catalyst composition and content
비교실시예 1Comparative Example 1 제조예 1Production Example 1 100wt% Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox 100wt% Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x 비교실시예 2Comparative Example 2 제조예 4Production Example 4 100wt% Ru0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox 100 wt% Ru 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x 비교실시예 3Comparative Example 3 제조예 5Production Example 5 100wt% Co0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox 100wt% Co 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x 비교실시예 4Comparative Example 4 제조예 7Production Example 7 100wt% Ni0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox 100 wt% Ni 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x 비교실시예 5Comparative Example 5 제조예 9Production Example 9 100wt% Co0 .2Cu0 .2Mg5 .8Al2 .0Ox 100wt% Co 0 .2 Cu 0 .2 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x 비교실시예 6Comparative Example 6 제조예 10Production Example 10 100wt% Co0 .02Cu0 .18Mg5 .8Al2 .0Ox 100 wt% Co 0 .02 Cu 0 .18 Mg 5 .8 Al 2 .0 O x

Figure 112013053605906-pat00006
Figure 112013053605906-pat00006

Claims (9)

하기 (i)~(iii)의 혼합물 중의 하나를 포함하는 촉매조성물로서, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급알코올 제조용 촉매 조성물:
(i) 하기 화학식 1의 복합 산화물 및 하기 화학식 2의 복합산화물의 혼합물,
(ii) 하기 화학식 1의 복합 산화물 및 하기 화학식 3의 복합산화물의 혼합물, 또는
(iii) 하기 화학식 1의 복합 산화물, 하기 화학식 2의 복합산화물 및 하기 화학식 3의 복합산화물의 혼합물:
[화학식 1]
MaCubMgcAl2Ox
[상기식에서, M은 Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 금속이고, a=0.0~2.0, b=0.05~2.0, c=3~8, x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄];
[화학식 2]
NaCubMgcAl2Ox
[상기식에서, N은 Co, Ni, Ru, Re, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 2가지 이상의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0, b=0~0.2, c=3~8, x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄];
[화학식 3]
NaCubMgcAl2Ox
[상기식에서, N은 Co, Ni, Ru, Pd 및 Pt로 구성된 군에서 선택되는 하나의 금속을 나타내고, a=0.01~2.0, b=0, c=3~8, x는 화합물의 전체 산화수를 맞추는 수를 나타냄].
A catalyst composition for producing a 1-butanol-containing high-alcohol by catalytic condensation reaction of ethanol, comprising a mixture of the following (i) to (iii):
(i) a mixture of a composite oxide of the following formula (1) and a composite oxide of the following formula (2)
(ii) a mixture of a composite oxide represented by the following formula (1) and a composite oxide represented by the following formula (3)
(iii) a mixture of a composite oxide represented by the following formula (1), a composite oxide represented by the following formula (2) and a composite oxide represented by the following formula (3)
[Chemical Formula 1]
M a Cu b Mg c Al 2 O x
Wherein M is one or more metals selected from the group consisting of Cr, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.0-2.0, b = 0.05-2.0, 3 to 8, x represents the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted;
(2)
N a Cu b Mg c Al 2 O x
Wherein n represents two or more metals selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Re, Pd and Pt, a = 0.01 to 2.0, b = 0 to 0.2, c = Indicates the number of times the total oxidation number of the compound is adjusted];
(3)
N a Cu b Mg c Al 2 O x
Wherein n represents one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Ru, Pd and Pt, a = 0.01 to 2.0, b = 0, c = 3 to 8, x represents the total oxidation number of the compound Indicating the number of matches].
제 1 항에 있어서, 전술한 촉매조성물은 전술한 (i) 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 2의 복합산화물의 혼합물이고; 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 2의 복합산화물은 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급알코올 제조용 촉매 조성물. The catalyst composition according to claim 1, wherein the catalyst composition is a mixture of (i) the composite oxide of the formula (1) and the composite oxide of the formula (2) The catalyst composition for producing a 1-butanol-containing alcohol according to the catalytic condensation reaction of ethanol, wherein the complex oxide of the formula (1) and the complex oxide of the formula (2) are contained in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt%. 제 1 항에 있어서, 전술한 촉매조성물은 전술한 (ii) 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물의 혼합물이고; 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물은 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급알코올 제조용 촉매 조성물. The catalyst composition according to claim 1, wherein the catalyst composition is a mixture of (ii) the complex oxide of the formula (1) and the complex oxide of the formula (3) The catalyst composition for producing a 1-butanol-containing alcohol according to the catalytic condensation reaction of ethanol characterized in that the complex oxide of the formula (1) and the complex oxide of the formula (3) are contained in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt%. 제 1 항에 있어서, 전술한 촉매조성물은 전술한 (iii) 화학식 1의 복합산화물, 화학식 2의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물의 혼합물이고; 화학식 2의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물은 화학식 1의 복합산화물에 대해 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 포함되고, 화학식 2의 복합산화물 대 화학식 3의 복합산화물은 5~95 : 95~5wt%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급알코올 제조용 촉매 조성물. The catalyst composition according to claim 1, wherein the catalyst composition is a mixture of (iii) the composite oxide of the formula (1), the composite oxide of the formula (2) and the composite oxide of the formula (3) The composite oxide of the formula (2) and the composite oxide of the formula (3) are contained in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt% with respect to the composite oxide of the formula (1) 95 to 5 wt%, based on the total weight of the catalyst component. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 전술한 화학식 1 내지 3의 복합산화물들은 Al 전구체 및 Mg 전구체의 혼합물에 각각 사용된 금속 전구체를 추가하여 제조된 히드로탈사이트 구조체를 400~800℃의 온도에서 소성시켜 제조된 것임을 특징으로 하는, 에탄올의 촉매적 축합반응에 의한 1-부탄올 함유 고급알코올 제조용 촉매 조성물. The complex oxides of Chemical Formulas 1 to 3 described above are prepared by firing a hydrotalcite structure prepared by adding a metal precursor used for a mixture of an Al precursor and a Mg precursor respectively at a temperature of 400 to 800 ° C By weight based on the total weight of the catalyst. The catalyst composition for the production of 1-butanol containing higher alcohols by the catalytic condensation reaction of ethanol. 제 1 항에 따른 촉매 조성물의 존재하에, 에탄올을 촉매적 축합반응시켜 1-부탄올을 제조하는 것을 포함하는, 에탄올로부터 1-부탄올 함유 고급알코올을 제조하는 방법. A process for preparing a 1-butanol-containing higher alcohol from ethanol, comprising subjecting 1-butanol to a catalytic condensation reaction in the presence of the catalyst composition according to claim 1. 제 7 항에 있어서, 전술한 촉매 조성물은 (i) 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 2의 복합산화물의 혼합물이고; 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 2의 복합산화물은 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는, 에탄올로부터 1-부탄올 함유 고급알코올을 제조하는 방법. The process of claim 7, wherein the catalyst composition is a mixture of (i) a complex oxide of formula (1) and a complex oxide of formula (2); A process for producing a 1-butanol-containing higher alcohol from ethanol, wherein the complex oxide of the formula (1) and the complex oxide of the formula (2) are contained in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt%. 제 7 항에 있어서, 전술한 촉매조성물은 (ii) 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물의 혼합물이고; 화학식 1의 복합산화물 및 화학식 3의 복합산화물은 5~50wt% : 95~50wt%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는, 에탄올로부터 1-부탄올 함유 고급알코올을 제조하는 방법. 8. The catalyst composition of claim 7, wherein said catalyst composition is a mixture of (ii) a complex oxide of Formula (I) and a complex oxide of Formula (III); A method for producing a 1-butanol-containing higher alcohol from ethanol, wherein the complex oxide of the formula (1) and the complex oxide of the formula (3) are contained in a proportion of 5 to 50 wt%: 95 to 50 wt%.
KR1020130069048A 2013-06-17 2013-06-17 Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor KR101536566B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130069048A KR101536566B1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130069048A KR101536566B1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140146401A KR20140146401A (en) 2014-12-26
KR101536566B1 true KR101536566B1 (en) 2015-07-22

Family

ID=52675661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130069048A KR101536566B1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101536566B1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ioan-Cezar Marcu, et al., "Catalytic Conversion of Ethanol into Butanol over M-Mg-Al Mixed Oxide Catalysts (M=Pd, Ag, Mn, Fe, Cu, Sm, Yb) Obtained from LDH Precursors", Catal Lett, (2012.11.27.) *
Ioan-Cezar Marcu, et al., "Catalytic Conversion of Ethanol into Butanol over M-Mg-Al Mixed Oxide Catalysts (M=Pd, Ag, Mn, Fe, Cu, Sm, Yb) Obtained from LDH Precursors", Catal Lett, (2012.11.27.)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140146401A (en) 2014-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101085038B1 (en) Catalyst for synthesis of methanol from syngas and preparation method thereof
Yang et al. A new method of ethanol synthesis from dimethyl ether and syngas in a sequential dual bed reactor with the modified zeolite and Cu/ZnO catalysts
US8318989B2 (en) Process for producing guerbet alcohols using water tolerant basic catalysts
Jiang et al. Catalytic performance of Pd–Ni bimetallic catalyst for glycerol hydrogenolysis
Liu et al. Recent advances in the routes and catalysts for ethanol synthesis from syngas
US7700810B2 (en) Catalytic conversion of ethanol to a 1-butanol-containing reaction product using a thermally decomposed hydrotalcite catalyst
US8071823B2 (en) Catalytic conversion of ethanol and hydrogen to a 1-butanol-containing reaction product using a thermally decomposed hydrotalcite/metal carbonate
US8071822B2 (en) Catalytic conversion of ethanol and hydrogen to a 1-butanol-containing reaction product using a thermally decomposed hydrotalcite containing the anion of ethylenediaminetetraacetic acid
KR102100714B1 (en) Method for obtaining higher alcohols
US20130211147A1 (en) Low pressure dimethyl ether synthesis catalyst
CN108636453B (en) Nano noble metal catalyst packaged by metal organic framework material and preparation method and application thereof
CN111604056B (en) Supported metal oxide catalyst and preparation method and application thereof
KR101437072B1 (en) Catalyst for efficient co2 conversion and method for preparing thereof
TWI549751B (en) Promoted copper/zinc catalyst for hydrogenating aldehydes to alcohols, process for preparing the same and process of hydrogenating aldehydes to alcohols using the same
Gong et al. Boosting the long-term stability of hydrotalcite-derived catalysts in hydrogenolysis of glycerol by incorporation of Ca (II)
EP2694206A1 (en) Catalysts for the conversion of synthesis gas to alcohols
KR101536566B1 (en) Process For Preparing 1-Butanol Containing Higher Alcohols From Ethanol And Catalyst Therefor
US20220203341A1 (en) Steam reforming catalysts for sustainable hydrogen production from biobased materials
KR101805086B1 (en) Method for preparing catalyst for glycerin dehydration, catalyst for glycerin dehydration, and preparing method of acrolein
KR101578538B1 (en) Process for preparing hydrotalcite catalyst for aqueous phase reforming of alcohols
KR101551399B1 (en) The method for preparation of catalysts for the production of oxygenated carbon compound and production method of oxygenated carbon compound using thereof
KR101372871B1 (en) The platinum catalyst impregnated on Hydrotalcite structure of 8B transition metal-magnesium-aluminum oxide as a carrier and preparation method thereof
Penaloza Catalytic Conversion of Biomass-Derived Compounds into Specialty Chemicals and Diesel Fuel Precursor Molecules
JP5777043B2 (en) Method for producing methanol
CN117957059A (en) Hydroxyapatite catalyst for isobutanol synthesis

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190711

Year of fee payment: 5