KR101706790B1 - Catalyst for the catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to form aldehydes, carboxylic acids and carboxylic acid anhydrides, in particular phthalic acid anhydride, and method for producing said type of catalyst - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 기상 산화반응에 의해 방향족 탄화수소로부터 알데히드, 카르복실산 및 카르복실산 무수물, 특히 프탈산 무수물을 형성하기 위한 촉매에 관한 것으로, 상기 촉매의 활성체는 산화바나듐 바람직하게는 오산화바나듐, 이산화티타늄, 더욱 바람직하게는 아나타제형 이산화티타늄 및 은과 소정의 원소, 바람직하게는 바나듐 또는 몰리브덴 또는 텅스텐 또는 니오븀 또는 안티몬과의 적어도 하나 이상의 은 혼합 원소 산화물 또는 바나듐과 소정의 원소, 바람직하게는 비스무트 또는 몰리브덴 또는 텅스텐 또는 안티몬 또는 니오븀과의 바나듐 혼합 원소 산화물을 포함하며, 상기 촉매를 제조할 때 특히 촉매 현탁액 또는 담체를 코팅하기 위해 필요한 분말 혼합물의 제조 중에 적어도 하나 이상의 은 또는 바나듐 혼합 원소 산화물, 적어도 하나 이상의 전구체 화합물, 특히 적어도 하나 이상의 다핵 전구체 화합물을 원료 공급원으로서 사용한다. The present invention relates to a catalyst for the formation of aldehydes, carboxylic acids and carboxylic acid anhydrides, in particular phthalic anhydride, from aromatic hydrocarbons by catalytic gas phase oxidation, wherein the active substance of the catalyst is selected from the group consisting of vanadium pentoxide, Titanium, more preferably anatase type titanium dioxide, and at least one silver of a predetermined element, preferably vanadium or molybdenum or tungsten or niobium or antimony, with a mixed element oxide or vanadium and a predetermined element, preferably bismuth or Molybdenum or tungsten or a vanadium mixed element oxide of antimony or niobium, wherein, during the preparation of the catalyst, at least one or more silver or vanadium mixed element oxides, at least one element selected from the group consisting of Use or more precursor compounds, in particular the at least one multi-core precursor compound as a raw material source.

Description

촉매 기상 산화반응에 의해 방향족 탄화수소로부터 알데히드, 카르복실산 및 카르복실산 무수물, 특히 프탈산 무수물을 형성하기 위한 촉매 및 상기 유형의 촉매 제조 방법 {CATALYST FOR THE CATALYTIC GAS PHASE OXIDATION OF AROMATIC HYDROCARBONS TO FORM ALDEHYDES, CARBOXYLIC ACIDS AND CARBOXYLIC ACID ANHYDRIDES, IN PARTICULAR PHTHALIC ACID ANHYDRIDE, AND METHOD FOR PRODUCING SAID TYPE OF CATALYST} FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a catalyst for forming aldehydes, carboxylic acids and carboxylic acid anhydrides, in particular phthalic anhydride, from aromatic hydrocarbons by catalytic gas phase oxidation, and to a catalyst production method of the above type (Catalysts for the Catalytic Oxidation of Arthritic HYDROCARBONS TO FORM ALDEHYDES, CARBOXYLIC ACIDS AND CARBOXYLIC ACID ANHYDRIDES, IN PARTICULAR PHTHALIC ACID ANHYDRIDE, AND METHOD FOR PRODUCING SAID TYPE OF CATALYST}

고정상(fixed bed) 반응기, 바람직하게는 다관식 반응기에서 벤젠, 크실렌, 나프탈렌, 톨루엔 또는 듀렌과 같은 방향족 탄화수소를 촉매 기상 산화반응시키는 것은 오래전부터 알려져 왔고 문헌에도 다수 기재되어 있다. 이러한 방법으로, 예를 들면 벤조산, 말레인산 무수물, 프탈산 무수물, 이소프탈산, 테레프탈산 및 피로멜리트산 무수물을 제조하고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene, naphthalene, toluene or durenne in a fixed bed reactor, preferably a multitubular reactor has long been known and is well known in the literature. In this way, for example, benzoic acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid and pyromellitic anhydride are produced.

이를 위해 일반적으로 분자 산소를 함유하는 기체, 예를 들면 공기로 이루어진 혼합물 및 산화시키고자 하는 탄화수소, 예를 들면 o-크실렌 또는 나프탈렌으로 이루어지는 혼합물을, 반응기 내 배치되어 적어도 하나 이상의 촉매로 구성된 적층체가 존재하는 다수의 반응관들을 통해 도입한다. For this purpose, a mixture consisting of a gas containing molecular oxygen, for example air, and a hydrocarbon, for example o-xylene or naphthalene, to be oxidized is introduced into a laminate composed of at least one catalyst placed in the reactor Is introduced through a number of reaction tubes present.

온도 조절 또는 발열반응시 생성되는 열량을 발산시키기 위해 촉매가 채워진 관을 열전달 매체, 예를 들면 용융염으로 둘러싼다. The tube filled with the catalyst is surrounded by a heat transfer medium, for example a molten salt, to dissipate the heat generated during the temperature control or exothermic reaction.

이러한 온도 조절에도 불구하고 촉매 적층체에는 국소적인 최대온도("열점"(hot spot))가 형성될 수 있는데, 이러한 열점은 예를 들면 출발물질을 완전 산화시키거나 분리하기 어려운 부산물을 형성하는 등 원치않는 효과로 출발물질의 처리량을 제한할 수 있다. Despite this temperature regulation, the catalytic laminate may have a local maximum temperature ("hot spot ") which may, for example, completely oxidize the starting material or form a byproduct An undesirable effect can limit the throughput of the starting material.

이러한 열점을 방지하기 위해 실제로 서로 다른 활성과 화학 조성을 가진 촉매를 반응관의 층 내에 서로 겹쳐 층층이 배치하는데, 종래 기술에 따르면 일반적으로 촉매는 가장 높은 최대온도의 범위에서 활성이 낮게 되며 기체 배출부 방향으로 활성이 증가하게 된다.In order to prevent such hot spots, catalysts having actually different active and chemical compositions are stacked on top of one another in a layer of a reaction tube, and according to the prior art, the catalyst generally has a low activity in the range of the highest maximum temperature, The activity is increased.

일반적으로 불활성 비다공성 담체 재료로 구성되고 적어도 하나 이상의 촉매 활성체(active mass)의 박막층이 쉘 형태로 도포되어 있는 소위 쉘(shell)형 촉매가 사용되어 왔다. A so-called shell type catalyst, which is generally composed of an inert non-porous carrier material and in which a thin film layer of at least one active mass is applied in a shell form, has been used.

관련 촉매의 촉매 특성에 대해 촉매 활성체의 조성은 중요한 역할을 한다. The composition of the catalytic actives plays an important role in the catalytic properties of the associated catalysts.

과거로부터 고정상 촉매 상에서 분자 산소를 함유하는 기체로 o-크실렌 또는 나프탈렌을 기상 산화시켜 프탈산 무수물을 제조하기 위한 다수의 촉매가 제안되어 왔다. Many catalysts have been proposed for producing phthalic anhydride by gas phase oxidation of o-xylene or naphthalene with a gas containing molecular oxygen on a stationary phase catalyst from the past.

종래기술에 따르면 실질적으로 모든 산업분야에서 사용되고 있는 프탈산 무수물-촉매의 촉매 활성체에는 아나타제형 화합물인 이산화티탄, 오산화바나듐과 촉매의 전환율, 수율, 선택성과 장기 안정성의 개선을 위해 소량의 기타 성분 또는 촉진제(promotor)를 함유한다. According to the prior art, catalytic actives of phthalic anhydride-catalyst which are used in practically all industrial fields include small amounts of other components for improving the conversion rate, yield, selectivity and long-term stability of titanium dioxide, vanadium pentoxide, It contains a promoter.

이러한 첨가제의 예로는 세슘, 안티몬, 인, 붕소, 몰리브덴, 텅스텐, 주석, 비스무트, 은, 니오븀, 철, 칼륨, 루비듐, 크롬과 칼슘이 있다. Examples of such additives include cesium, antimony, phosphorus, boron, molybdenum, tungsten, tin, bismuth, silver, niobium, iron, potassium, rubidium, chromium and calcium.

이렇게 서로 다른 재료로 도핑함으로써 PSA-촉매의 성능과 안정성을 더욱 증대시킨다. 이것은 종래기술의 문제를 해결하기 위해 시간이 경과하면서 점차 촉매 조성이 점점 복잡해지고 서로 다른 촉매를 조합하는 기술들이 개발되고 있음을 시사하고 있다. This doping with different materials further enhances the performance and stability of the PSA-catalyst. This suggests that technologies for increasingly complicated catalyst composition and combining different catalysts are being developed over time to solve the problems of the prior art.

활성과 선택성과 관련하여 특징적인 활성체의 조성을 토대로 소위 "다층구조"의 촉매가 점점 많이 사용되고 있다. 이 경우, 촉매 적층체에는 다수의 서로 다른 촉매가 순차적으로 층 배치되어 층에 따라 촉매대(catalyst bed)에서 서로 다른 기능을 수행한다. 이때 일어나는 발열 반응은 실질적으로 출발물질에 대한 높은 처리량과 함께 동시에 촉매의 높은 선택성과 안정성을 안전하게 조절할 수 있게 한다. Catalysts of so-called "multi-layer structure" are increasingly being used based on the composition of the active substance with respect to activity and selectivity. In this case, a number of different catalysts are sequentially layered on the catalyst laminate to perform different functions in the catalyst bed depending on the layer. The exothermic reaction which takes place at this time allows to safely control the high selectivity and stability of the catalyst at the same time with substantially high throughput to the starting materials.

EP A 21 325는 그 활성체가 이산화티탄 60 내지 99 중량%, 오산화바나듐 1 내지 40 중량%, 및 TiO2 및 V2O5의 총량 대비 2 중량% 이하의 인과 1.5 중량% 이하의 루비듐 및 세슘 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 함유하는 프탈산 무수물의 제조를 위한 촉매로서, 상기 촉매 활성체가 담체 상에 2개의 층으로 도포되어 있는 촉매를 기재하고 있다. 내층은 0 내지 2 중량%의 인을 함유하고 있지만 루비듐 또는 세슘은 함유하지 않으며, 외층은 0 내지 0.2 중량%의 인과 0.02 내지 1.5 중량%의 루비듐 또는 세슘을 함유하고 있다. 상기 촉매의 촉매 활성체는 상기 구성성분 외에도 다른 재료, 예를 들면 10 중량% 이하의 금속 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 주석, 규소, 안티몬, 하프늄을 함유한다. 불활성 담체 재료로는 스테아타이트(steatite)를 사용한다.EP A 21 325 discloses that the activator is composed of 60 to 99% by weight of titanium dioxide, 1 to 40% by weight of vanadium pentoxide, and 2% by weight or less of phosphorus and 1.5% by weight or less of cesium, based on the total amount of TiO 2 and V 2 O 5 Described is a catalyst for the production of a phthalic anhydride containing at least one selected additive, wherein the catalyst activator is applied in two layers on a support. The inner layer contains 0 to 2 wt% phosphorus but not rubidium or cesium and the outer layer contains 0 to 0.2 wt% phosphorus and 0.02 to 1.5 wt% rubidium or cesium. The catalytically active substance of the catalyst contains, in addition to the above-mentioned components, other materials, for example, 10% by weight or less of metal molybdenum, tungsten, niobium, tin, silicon, antimony and hafnium. As the inert carrier material, steatite is used.

EP A 286448은 프탈산 무수물의 제조방법으로서, 유사한 함량을 가진 2개의 상이한 촉매를 이산화티탄과 오산화바나듐에 대해 사용하는 제조방법을 기재하고 있다. 이들 촉매 중 하나는 추가적으로 세슘 화합물, 특히 황산세슘을 2 내지 5 중량%를 함유하지만 인-, 주석- 안티몬-, 비스무트-, 텅스텐- 또는 몰리브덴 화합물은 함유하지 않고, 다른 하나의 촉매는 0.1 내지 3.0 중량%의 인-, 주석-, 안티몬-, 비스무트-, 텅스텐- 또는 몰리브덴 화합물을 함유한다는 점에서 서로 구별된다. EP A 286448 describes a process for the preparation of phthalic anhydrides using two different catalysts with similar contents for titanium dioxide and vanadium pentoxide. One of these catalysts additionally contains 2 to 5% by weight of cesium compounds, in particular cesium sulphate, but does not contain phosphorus, tin-antimony, bismuth, tungsten or molybdenum compounds, Tin-, antimony-, bismuth-, tungsten-, or molybdenum compounds, based on the total weight of the composition.

US 4,864,036은 여러 단계를 통해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매에 관한 것이다. 제1단계에서는 아나타제형 이산화티탄 상에 6-측쇄기의 금속 화합물, 바람직하게는 몰리브덴- 또는 텅스텐 화합물을 도포한 후 소성한다. 이후, 제2단계에서는 상기 소성된 전구체를 바나듐 화합물에 첨가하고 재차 소성한다. US 4,864,036 relates to a catalyst for preparing phthalic anhydride through several steps. In the first step, a metal compound of 6-side chain group, preferably a molybdenum or tungsten compound, is applied on the anatase type titanium dioxide and then fired. Thereafter, in the second step, the calcined precursor is added to the vanadium compound and calcined again.

GB 1140264는 방향족 및 비-방향족 탄화수소를 카르복실산으로 산화시키는 촉매에 관한 것으로, 상기 촉매는 불활성 비다공성 담체 및 0.02 내지 2mm 두께의 층상이고 1 내지 15%의 V2O5 및 85 내지 99%의 이산화티탄으로 구성된 활성체로 이루어져 있으며, 전체 촉매 중 바나듐-함량은 0.05 내지 3% 범위에 있다. 이산화티탄과 오산화바나듐 이외에 활성체가 추가적으로 0.1 내지 3 중량%의 은, 철, 코발트, 니켈, 몰리브덴 또는 텅스텐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속산화물을 포함하는 촉매가 기재되어 있다. GB 1140264 relates to a catalyst for the oxidation of aromatic and non-aromatic hydrocarbons to carboxylic acids, which catalyst comprises an inert non-porous carrier and a layer of 0.02 to 2 mm thickness and comprising 1 to 15% of V 2 O 5 and 85 to 99% Of titanium dioxide, and the vanadium-content in the total catalyst is in the range of 0.05 to 3%. In addition to titanium dioxide and vanadium pentoxide, a catalyst comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of silver, iron, cobalt, nickel, molybdenum or tungsten is further added in an amount of 0.1 to 3% by weight.

EP 0447 267은 촉매 활성체로서 다음을 포함하는 프탈산 무수물 제조용 촉매를 기재하고 있다: (A) V2O5 1 내지 20 중량%와 BET-표면적이 10 내지 60 m2/g인 아나타제형 이산화티탄 99 내지 80 중량% 및 (B) 상기 혼합물(A)의 100 중량부 기준으로 산화물로서 0.05 내지 1.2 중량부의 K, Cs, Rb 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소 및 산화은으로 환산해서 0.05 내지 2 중량부의 은. EP 0447 267 describes a catalyst for the production of phthalic anhydride comprising, as a catalytically active substance, (A) 1 to 20% by weight of V 2 O 5 and anatase-type titanium dioxide having a BET surface area of 10 to 60 m 2 / g (B) an element selected from the group consisting of K, Cs, Rb and Ti in an amount of 0.05 to 1.2 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixture (A) and 0.05 to 2 parts by weight Wealth.

EP 0522 871 B1은 이산화티탄과 오산화바나듐 이외에 오산화니오븀으로서 0.01 내지 1 중량%의 니오븀, 산화물로서 0.05 내지 2 중량%의 칼륨, 세슘, 루비듐 또는 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 원소, P2O5로서 0.2 내지 1.2 중량%의 인 및 0.55 내지 5.5 중량%의 산화안티몬 및 Ag2O로서 0.05 내지 2중량%의 은을 함유하는 촉매로서, 안티몬 공급원으로서 5가 안티몬 화합물을 사용하는 촉매를 기재하고 있다. EP 0522 871 B1 is at least one element selected from titanium dioxide and vanadium pentoxide in addition to phosphorus pentoxide and niobium as 0.01 to the group as a niobium oxide of 1% by weight, consisting of 0.05 to potassium, cesium, rubidium, or thallium of 2% by weight, P 2 As catalysts containing 0.2 to 1.2 wt% phosphorus and 0.55 to 5.5 wt% antimony oxide as O 5 and 0.05 to 2 wt% silver as Ag 2 O, a catalyst using a pentavalent antimony compound as an antimony source .

CN1108996은 추가적으로 적어도 하나 이상의 희토류 화합물 및 안티몬, 인, 주석 및 은 중 적어도 하나 이상의 산화물을 함유하는 이산화티탄/V2O5를 기재로 하는 2개의 층을 구비한 촉매에 관한 것으로, 기체 유입부 가까이 위치한 층은 적어도 하나 이상의 알칼리금속 화합물을 더 함유하고 있다. CN 1108996 further relates to a catalyst having two layers based on titanium dioxide / V 2 O 5 containing at least one rare earth compound and at least one oxide of antimony, phosphorus, tin and silver, wherein the gas inlet Wherein the layer further contains at least one alkali metal compound.

원자비 Ag:V < 1인 은-산화바나듐-화합물은 은-청동으로 알려져 있다. 은-바나듐 청동을 산화촉매로서 사용하는 예들은 전반적으로 문헌에 공지되어 있다. The silver-vanadium oxide compound with atomic ratio Ag: V <1 is known as silver-bronze. Examples using silver-vanadium bronze as oxidation catalysts are generally known in the literature.

DE 198 51 786 A1에 기재되어 있는 다원소 금속 산화물은 일반식 Aga - bMbV2Ox*cH2O로 표시되는데, 상기 식에서 a는 0.3 내지 1.9의 값을 갖고, M은 Li, Na, K, Rb, Cs, Tl, Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Au, Al, Fe, Co, Ni 및/또는 Mo으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이며, b는 0 내지 0.5의 값을 가지며, a-b는 0.1 이상이다. 방향족 탄화수소의 기상 산화반응을 위한 전촉매 및 촉매를 제조하기 위한 전구체 화합물로서 상기 다원소 금속산화물의 용도가 기재되어 있다.The multi-element metal oxides described in DE 198 51 786 A1 are represented by the general formula Ag a - b M b V 2 O x * c H 2 O wherein a has a value of from 0.3 to 1.9, M is Li, Wherein the metal is selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Tl, Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Au, Al, Fe, Co, Ni and / b has a value of 0 to 0.5, and ab is 0.1 or more. The use of said multinary element metal oxide as a precursor catalyst for the gas phase oxidation reaction of aromatic hydrocarbons and as a precursor compound for preparing catalysts is described.

마지막으로 WO 2005/092496 A1에는 알데히드, 카르복실산 및/또는 카르복실산 무수물의 제조를 위한 촉매로서, 그 활성체는 3차원적으로 팽창된 구획 영역 형태로 상 A와 상 B를 포함하고 이산화티탄과 오산화바나듐을 기재로 하여 상기 상 A는 은-산화바나듐-황동이고 상기 상 B는 혼합 원소상인 촉매를 기재하고 있다. 상기 상 A에서 Ag:V의 몰비는 0.15 내지 0.95 범위에 있다. Finally, WO 2005/092496 A1 describes a catalyst for the production of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides, which comprises phases A and phase B in the form of a three-dimensionally expanded compartment region, The catalyst A is based on titanium and vanadium pentoxide, the phase A is silver-vanadium-brass and the phase B is a mixed element phase. The molar ratio of Ag: V in the phase A is in the range of 0.15 to 0.95.

다양한 활성체 조성을 갖는 종래기술에 공지된 상기 촉매들은 선택성, 수율 또는 활성이 만족스럽지 못하거나 수명이 짧거나 산업적으로 제조하는데 있어 상당한 비용이 소요된다. These catalysts known in the prior art having various active compound compositions are unsatisfactory in selectivity, yield or activity, are short in life span, or require significant cost in industrial preparation.

이에 따라, 선택성 및 수율이 개선됨과 동시에 원료 처리량이 높고 수명이 길며 허용할만한 비용-유익-비로 제조될 수 있는 촉매에 대한 요구가 계속 있어 왔다. There has thus been a continuing need for catalysts with improved selectivity and yields, high raw material throughput, long lifetimes and acceptable cost-benefit ratios.

본 발명의 과제는 기상 산화반응에 의해 방향족 탄화수소로부터 알데히드, 카르복실산 및 카르복실산 무수물, 특히 프탈산 무수물을 형성하기 위한 개량 촉매를 제공하는 것으로, 상기 촉매는 원료 처리량이 높고 선택성이 개선됨과 동시에 수명이 길다. The object of the present invention is to provide an improved catalyst for forming an aldehyde, a carboxylic acid and a carboxylic acid anhydride, especially a phthalic anhydride, from an aromatic hydrocarbon by a gas phase oxidation reaction, wherein the catalyst has high raw material throughput and improved selectivity It has a long life span.

상기 과제는 청구범위 제1항의 특징에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항에 기재되어 있으며, 이들의 내용은 본 명세서에 포함되어 있다.The above problem is solved by the features of claim 1. Preferred embodiments are described in the dependent claims, the contents of which are incorporated herein.

청구범위 제1항에는 촉매 기상 산화반응에 의해 방향족 탄화수소로부터 알데히드, 카르복실산 및 카르복실산 무수물, 특히 프탈산 무수물을 형성하기 위한 촉매가 기재되어 있으며, 상기 촉매의 활성체는 산화바나듐, 바람직하게는 오산화바나듐, 이산화티타늄, 바람직하게는 아나타제형 이산화티타늄, 및 은과 소정의 원소, 바람직하게는 바나듐 또는 몰리브덴 또는 텅스텐 또는 니오븀 또는 안티몬과의 적어도 하나 이상의 은 혼합 원소 산화물(mixing element oxide), 또는 바나듐과 소정의 원소, 바람직하게는 비스무트 또는 몰리브덴 또는 텅스텐 또는 안티몬 또는 니오븀과의 바나듐 혼합 원소 산화물을 포함한다. 상기 촉매를 제조할 때 특히 촉매 현탁액 또는 담체를 코팅하기 위해 필요한 분말 혼합물의 제조 중에 적어도 하나 이상의 은 또는 바나듐 혼합 원소 산화물, 적어도 하나 이상의 전구체 화합물, 특히 적어도 하나 이상의 다핵 전구체 화합물을 원료 공급원으로서 사용한다. Claim 1 describes a catalyst for the formation of aldehydes, carboxylic acids and carboxylic acid anhydrides, especially phthalic anhydride, from aromatic hydrocarbons by catalytic gas phase oxidation, wherein the active substance of the catalyst is vanadium oxide, At least one silver mixed element oxide of a predetermined element, preferably vanadium or molybdenum or tungsten or niobium or antimony, or a mixed element oxide of silver, Vanadium and a predetermined element, preferably bismuth or vanadium mixed oxide of molybdenum or tungsten or antimony or niobium. At least one silver or vanadium mixed element oxide, at least one precursor compound, in particular at least one polynuclear precursor compound is used as a raw material supply during the preparation of the catalyst, especially during the preparation of the powder mixture necessary for coating the catalyst suspension or carrier .

놀랍게도, 혼합 원소 산화물, 바람직하게는 은과 예를 들면 바나듐, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀 또는 안티몬의 혼합 원소 산화물, 바람직하게는 바나듐과 예를 들면 비스무트, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀 또는 안티몬의 혼합 원소 산화물 또는 이의 전구체 화합물을 상기 촉매 현탁액의 제조 또는 도포 공정에 사용되는 분말 혼합물의 제조시 원료 공급원으로서 또는 성분 이산화티탄과 산화바나듐 외에 상기 촉매의 활성체의 구성성분으로서 사용하였을 때 선택성이 명백하게 증가된다는 것이 밝혀졌다. Surprisingly, a mixed element oxide of a mixed element oxide, preferably a mixed oxide of vanadium, molybdenum, tungsten, niobium or antimony with silver, preferably a mixed oxide of bismuth, molybdenum, tungsten, niobium or antimony, The selectivity is clearly increased when its precursor compound is used as a raw material supply source in the preparation of the powder mixture used in the preparation of the catalyst suspension or in the application process or as a constituent of the active substance of the catalyst in addition to the components titanium dioxide and vanadium oxide lost.

이에 대한 원인은 명확히 설명되지 않지만, 아마도 은과 예를 들면 이산화티탄/산화바나듐-단층과 같은 다른 촉매 활성 구성성분과의 상호작용이 실질적인 효과가 있고 이로 인해 은의 고유한 촉진 효과(유기 원료의 일산화탄소로의 완전산화 억제효과)가 실효를 거두기 때문인 것으로 예상된다. Although the cause of this is not clearly explained, the interaction between the silver and other catalytically active components such as titanium dioxide / vanadium oxide monolayer, for example, has a substantial effect, and as a result the inherent promoting effect of silver (carbon monoxide The effect of inhibiting complete oxidation of amorphous silicon) is expected to be effective.

활성체의 구성성분으로서 은을 사용하는 예가 종래기술에 다수 기재되어 있다. 이들에 의하면, 산화은 외에 촉매 현탁액 제조를 위한 은의 원료 공급원으로서 질산은, 황산은, 할로겐화은, 황화은, 인산은, 유기산의 은염, 수산화은, 은의 안티몬 염 및 은의 착물과 같은 적절한 은이 사용된다. 이들 원료 공급원의 대부분은 반응기 내에서 촉매를 가열하면 단핵 산화은으로 전환되어 산화은으로서 활성체 내에 존재하게 되는 반면, 예를 들면 인산은과 할로겐화은은 활성체로 변하지 않고 열처리시에도 산화은으로 전환되지 않는다. A number of examples using silver as a constituent of an active material have been described in the prior art. According to these, besides silver oxide, a suitable silver source such as silver nitrate, silver sulfate, silver halide, silver sulfide, silver phosphate, organic acid silver salt, silver hydroxide, antimony silver salt and silver complex is used as a raw material supply source of silver for preparing a catalyst suspension. Most of these feedstocks are converted into mononuclear silver oxide by heating the catalyst in the reactor and are present in the active material as silver oxide, while silver phosphate and silver halide do not convert to an activator and do not convert to silver oxide upon heat treatment.

본 발명의 실질적인 요지는 활성체로 이산화티탄과 산화바나듐을 포함하고 추가적인 도포재료로서 은과 바나듐 또는 소정의 다른 원소와의 혼합 원소 산화물 또는 바나듐과 소정의 다른 원소와의 혼합 원소 산화물을 포함하는 촉매로서, 은 또는 바나듐의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물 또는 상응하는 전구체 화합물 중 적어도 하나 이상의 혼합 원소 화합물이 상기 촉매 현탁액의 제조 또는 담체의 코팅을 위해 사용되는 분말 혼합물의 제조시 첨가된다. A substantial point of the present invention is a catalyst comprising titanium oxide and vanadium oxide as the activator and a mixed element oxide of silver and vanadium or any other element or a mixed element oxide of vanadium and any other element as an additional coating material , At least one or more mixed element oxides of silver or vanadium, or a corresponding precursor compound is added during the preparation of the powder mixture used for the preparation of the catalyst suspension or coating of the carrier.

본 발명은 또한 상기 기재된 본 발명의 촉매를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 촉매 현탁액 또는 서로 다른 성분의 혼합물을 제조하는 것을 포함하되, 상기 촉매 현탁액 또는 서로 다른 성분의 혼합물은 적어도 아나타제형 이산화티탄과 바나듐 화합물과 적어도 하나 이상의 은 또는 바나듐과 소정의 원소와의 혼합 원소 산화물 또는 상응하는 전구체 화합물 중 적어도 하나 이상을 원료 공급원으로서 함유한다. The present invention also relates to a method for producing the catalyst of the present invention as described above, which comprises preparing a catalyst suspension or a mixture of different components, wherein the catalyst suspension or a mixture of different components comprises at least anatase titanium dioxide A mixed oxide of a vanadium compound and at least one silver or vanadium and a predetermined element or a corresponding precursor compound as a raw material supply source.

모든 성분을 수성 매질 내에서 서로 배합한 후, 분무법(바람직하게는 와류- 또는 드럼법)을 통해 세라믹 담체 상에 도포하는 것이 좋다. 은 또는 바나듐의 혼합 원소 산화물상 또는 그의 혼합 원소 산화물-전구체 화합물을 주성분인 이산화티탄과 산화바나듐 및 그 밖의 촉진제를 포함하는 상기 촉매 현탁액에 첨가하고 일반적으로 공간에서 분리되는 상으로서 존재하지 않고 이산화티탄과 산화바나듐으로 구성된 상으로 존재한다. 이에 따라 상기 촉매 현탁액의 모든 구성성분은 단일 상을 형성하고, 이 단일 상은 이산화티탄과 산화바나듐 이외에 해당 혼합 원소 산화물 및 경우에 따라 다른 성분을 더 함유한다. It is preferable that all the components are mixed with each other in an aqueous medium and then applied onto a ceramic carrier through a spraying method (preferably a vortex- or drum method). Silver or vanadium oxide or a mixed element oxide-precursor compound thereof is added to the catalyst suspension comprising titanium dioxide, vanadium oxide and other accelerators as main components and is not present as a generally separated phase in space, And vanadium oxide. Whereby all constituents of the catalyst suspension form a single phase which in addition to the titanium dioxide and vanadium oxide further contains the corresponding mixed element oxides and optionally other components.

또한 서로 다른 화학 조성을 가진 서로 다른 층이 불활성 담체 상에 순차적으로 도포되고 적어도 하나 이상의 층이 은 또는 바나듐과 소정의 원소와의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물을 함유하는 촉매계가 가능할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 촉매의 코팅-층들 각각은 본 발명에 따르는 조성물과 본 발명에 따르지 않는 조성물로 구성될 수 있다.It is also possible to have a catalyst system in which different layers having different chemical compositions are sequentially applied on an inert carrier and at least one layer contains silver or at least one mixed element oxide of vanadium and a predetermined element. In this case, each of the coatings-layers of the catalyst according to the invention may consist of a composition according to the invention and a composition not according to the invention.

또한 상기 혼합 원소 산화물은 단독으로 또는 다른 화합물과 조합하여 하나 또는 그 이상의 코팅층(들)에 사용되며, 이 코팅층에는 활성체로 이산화티탄 또는 산화바나듐을 전혀 함유하지 않을 수 있다. The mixed element oxides may be used alone or in combination with other compounds in one or more coating layer (s), and the coating layer may contain no titanium dioxide or vanadium oxide as the active material.

본 발명에 따르면, 분자 산소 함유 기체를 이용하여 방향족 탄화수소를 기상 부분 산화반응시키기 위한 촉매 및 촉매 전구체를 구현할 수 있는 바, 이 촉매 또는 촉매 전구체에는 불활성 비다공성 담체 재료 및 그 위에 하나 또는 그 이상의 쉘 형태로 도포된 층(들)이 형성되되, 상기 층 중 적어도 하나 이상은 상기 층의 총 중량 기준으로 하나 또는 그 이상의 상술한 혼합 원소 산화물 또는 전구체 화합물을 0 내지 15중량%의 양으로 함유한다. According to the present invention, a catalyst and a catalyst precursor for carrying out a gas phase partial oxidation reaction of an aromatic hydrocarbon using a molecular oxygen-containing gas can be provided, wherein the catalyst or the catalyst precursor includes an inert nonporous carrier material and one or more shells At least one of the layers contains one or more of the above-described mixed element oxides or precursor compounds in an amount of 0 to 15% by weight, based on the total weight of the layer.

이외에도, 본 발명은 촉매 상에서 분자 산소를 함유하는 기체에 의해 고온에서 방향족 탄화수소의 기상 부분 산화반응을 통해 카르복실산 또는 카르복실산 무수물을 제조하기 위한 구체적인 제조과정을 청구하고 있는 바, 불활성 담체 재료 상에 활성체가 쉘형으로 도포되고, 쉘형 촉매의 촉매 활성체는 쉘형 촉매의 총 중량 대비 0 내지 15 중량%의 은과 바나듐과의 혼합 원소 산화물 또는 은과 소정의 다른 원소와의 혼합 원소 산화물 및 0 내지 10중량%의 바나듐과 비스무트와의 혼합 원소 산화물 또는 바나듐과 소정의 다른 원소와의 혼합 원소 산화물 및 동시에 아나타제형 이산화티탄과 바나듐 화합물(바람직하게는 V2O5)을 함유하고, 상기 혼합 원소 산화물-화합물(들) 또는 그의 전구체 화합물(들)은 담체 코팅 후 열처리에 의해 활성체가 형성되고 촉매 현탁액 또는 분말 혼합물의 제조를 위해 사용되는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention claims a specific manufacturing process for producing a carboxylic acid or a carboxylic acid anhydride through a gas phase partial oxidation reaction of an aromatic hydrocarbon at a high temperature by a gas containing molecular oxygen on a catalyst, And the catalytic activity of the shell-type catalyst is 0 to 15% by weight based on the total weight of the shell-type catalyst, a mixed element oxide of silver and vanadium or a mixed element oxide of silver and any other element, and 0 To 10 wt% of a mixed element oxide of vanadium and bismuth or a mixed element oxide of vanadium and a predetermined other element, and at the same time an anatase type titanium dioxide and a vanadium compound (preferably V 2 O 5 ) The oxide-compound (s) or precursor compound (s) thereof is formed by the heat treatment after the coating of the carrier, It characterized in that it is used for producing a sheet or a suspension powder mixture.

이 경우, 방향족 탄화수소의 카르복실산 또는 카르복실산 무수물로의 산화반응시 그 활성체가 산화바나듐, 특히 오산화바나듐 및 이산화티탄, 특히 아나타제형 이산화티탄을 실질적인 구성성분으로서 함유하지만 후술하는 혼합 원소 산화물 또는 그의 전구체 화합물을 함유하지 않는 본 발명에 따르지 않는 적어도 하나 이상의 쉘형 촉매가 존재하거나 또는 존재하지 않을 수 있고, 하나 또는 그 이상의 상술한 본 발명의 촉매와 함께 조합된 적층체 즉, 하나 또는 그 이상의 혼합물에 사용될 수 있다. In this case, when the aromatic hydrocarbon is oxidized to a carboxylic acid or a carboxylic anhydride, the active substance contains vanadium oxide, in particular vanadium pentoxide and titanium dioxide, especially anatase-type titanium dioxide as a substantial constituent, At least one shell-type catalyst which does not contain the precursor compound of the present invention may or may not be present and may be in the form of a laminate which is combined with one or more of the catalysts of the present invention, Lt; / RTI &gt;

이를 위해, 기류를 적어도 2개 이상의 촉매층의 촉매대 위로 도입하는 것이 바람직한데, 기체 유입부 가까이에 위치해 있는 촉매층은 본 발명에 따른 촉매를 함유하고, 상기 기류를 따라 하방에 위치해 있는 촉매대는 그 촉매 활성체가 산화바나듐 및 아나타제형 이산화티탄을 함유하지만 은과 예를 들면 바나듐, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 안티몬과 같은 원소와의 혼합 원소 산화물 또는 바나듐과 예를 들면 비스무트, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 안티몬과 같은 원소와의 혼합 원소 산화물을 전혀 포함하지 않는 적어도 하나 이상의 촉매를 함유한다. For this purpose, it is preferable to introduce the airflow into the catalyst bed of at least two or more catalyst beds, wherein the catalyst bed located near the gas inlet contains the catalyst according to the present invention, The active material contains vanadium oxide and anatase-type titanium dioxide, but a mixture of elemental oxides of vanadium, molybdenum, tungsten, niobium and antimony with silver or vanadium, for example, bismuth, molybdenum, tungsten, niobium, And contains at least one catalyst that does not contain any mixed element oxide with the same element at all.

본 발명에 따른 촉매를 함유하는 적어도 2개 이상의 층으로 구성된 촉매 적층체를 사용할 수도 있다. 이 경우, 사용된 본 발명에 따른 촉매는 활성체 내 해당 혼합 원소 산화물의 형태와 함량에 의해 구별될 수 있다. A catalyst laminate composed of at least two layers containing the catalyst according to the present invention may be used. In this case, the catalyst according to the present invention can be distinguished by the form and content of the corresponding mixed element oxide in the active material.

바람직하게는 적어도 하나 이상의 촉매층, 특히 바람직하게는 본 발명의 촉매를 포함하여 촉매대에 사용되는 모든 촉매층은 1 내지 40중량%의 산화바나듐(V2O5로서 표시), 50 내지 99중량%의 이산화티탄(TiO2로서 표시), 1 중량% 이하의 알칼리금속 화합물(바람직하게는 세슘 화합물, 알칼리금속으로서 표시), 1.5 중량% 이하의 인 화합물(P로서 표시) 및 10 중량% 이하의 안티몬 화합물(Sb2O3로서 표시)을 함유하는 촉매 활성체를 포함한다. Preferably all catalyst layers used in the catalyst bed, including at least one catalyst layer, particularly preferably the catalyst of the present invention, comprise 1 to 40 wt% vanadium oxide (expressed as V 2 O 5 ), 50 to 99 wt% (Expressed as TiO 2 ), not more than 1 wt% of an alkali metal compound (preferably a cesium compound, as an alkali metal), not more than 1.5 wt% of a phosphorus compound (shown as P) and not more than 10 wt% of an antimony compound (Expressed as Sb 2 O 3 ).

특히 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 촉매는 바람직하게는 은과 바나듐, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 세륨, 란탄, 알루미늄, 붕소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 금, 카드뮴, 주석, 납, 비스무트, 안티몬, 비소, 하프늄, 레늄, 루테늄, 로듐 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 원소와의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물 0 내지 15 중량% 및 바나듐과 비스무트, 안티몬, 니오븀, 탄탈, 티탄, 지르코늄, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 세륨, 란탄, 알루미늄, 붕소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 금, 카드뮴, 주석, 납, 비소, 하프늄, 레늄, 루테늄, 로듐 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 원소와의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물 0 내지 10 중량%를 함유한다. According to a particularly preferred embodiment, the catalyst according to the invention is preferably selected from the group consisting of silver and vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium, chromium, molybdenum, tungsten, cerium, lanthanum, aluminum, boron, manganese, iron, cobalt, 0 to 15% by weight of at least one mixed oxide of at least one element selected from the group consisting of copper, zinc, gold, cadmium, tin, lead, bismuth, antimony, arsenic, hafnium, rhenium, ruthenium, rhodium, And at least one of vanadium, bismuth, antimony, niobium, tantalum, titanium, zirconium, chromium, molybdenum, tungsten, cerium, lanthanum, aluminum, boron, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gold, cadmium, At least one element selected from the group consisting of hafnium, rhenium, ruthenium, rhodium and palladium. The.

상기 촉매의 활성체 내 은과 소정의 원소, 특히 예를 들면 바나듐 또는 텅스텐 또는 몰리브덴 또는 니오븀 또는 안티몬과의 혼합 원소 산화물의 함량은 바람직한 실시예에서 0 내지 15 중량%의 범위이고, 보다 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0 내지 5 중량% 범위이다. 상기 촉매의 활성체 내 바나듐과 소정의 원소(은은 제외, 은과 바나듐의 혼합 원소 산화물에 대해 상술한 내용 참조), 특히 예를 들면 텅스텐 또는 몰리브덴 또는 니오븀 또는 안티몬과의 혼합 원소 산화물의 함량은 바람직한 실시예에서 0 내지 10 중량%의 범위, 특히 바람직한 실시예에서 0 내지 5 중량% 범위이다. The content of silver in the active material of the catalyst and a predetermined element, for example, a mixed oxide of vanadium or tungsten or molybdenum or niobium or antimony, in the preferred embodiment is in the range of 0 to 15% by weight, 0 to 10% by weight, particularly preferably 0 to 5% by weight. The content of the vanadium in the active material of the catalyst and the mixed element oxide of the predetermined element (for example, the mixed oxide of silver and vanadium, except for silver) mentioned above, particularly, for example, tungsten or molybdenum or niobium or antimony, From 0 to 10% by weight in the embodiment, and from 0 to 5% by weight in the particularly preferred embodiment.

바람직한 실시예에서, 기체 유입부에 가장 가까이 위치하는 동시에 가장 높은 열점을 가진 촉매층인 제1촉매층에 본 발명의 촉매가 사용된다. 기체 배출부 방향으로는 제1촉매층보다 일반적으로 활성이 높고 일반적으로 종래기술에 해당하는 촉매가 제공될 수 있는 적어도 하나 이상의 다른 촉매층이 연결되어 있다. 이때 본 발명에 따른 촉매는 은, 바람직하게는 바나듐산은의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물 및 바람직하게는 바나듐, 바람직하게는 바나듐산비스무트의 혼합 원소 산화물을 함유한다. In a preferred embodiment, the catalyst of the present invention is used in the first catalyst bed, which is the catalyst bed closest to the gas inlet and having the highest hot spot. At least one or more other catalyst layers, which are generally more active than the first catalyst layer and generally capable of providing catalysts according to the prior art, are connected to the gas exhaust portion. Wherein the catalyst according to the invention contains at least one or more mixed element oxides of silver, preferably silver vanadium oxide, and preferably a mixed element oxide of vanadium, preferably bismuth vanadium.

기체 유입부 방향으로 전방에 위치된 층에 적어도 하나 이상의 열점 촉매층을 구비한 다층 촉매계가 바람직한데, 이 다층 촉매계에서는 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 촉매층 중 적어도 하나 이상이 본 발명에 따른 촉매를 함유하고 후방의 층에는 종래기술에 해당하는 촉매가 사용되거나 본 발명에 따른 촉매의 경우 활성체에 필요한 혼합 원소 산화물의 감소된 함량이 사용된다. It is preferable to use a multilayer catalyst system having at least one or more hot spot catalyst layers in the layer positioned forward in the direction of the gas inlet. In this multi-layer catalyst system, at least one of the catalyst layers from the gas inlet to the layer having the highest hot spot, And a catalyst of the prior art is used for the rear layer or, in the case of the catalyst according to the present invention, a reduced content of the mixed element oxide required for the activator is used.

특히 바람직한 또 다른 실시예에서, 가장 높은 열점을 가진 층의 전방에 존재하는 적어도 하나 이상의 촉매층에는 은의 혼합 원소 산화물, 바람직하게는 은과 몰리브덴 또는 텅스텐과의 혼합 원소 산화물, 특히 바람직하게는 은과 바나듐과의 혼합 원소 산화물이 존재하는 반면에, 가장 높은 열점을 가진 층과 기류를 따라 하방에 위치한 층은 은의 혼합 원소 산화물을 전혀 함유하지 않는다. 가장 높은 열점을 가진 층은 바나듐과 비스무트의 혼합 원소 산화물을 함유하는 것이 좋다. 기체 배출부 방향으로 열점 촉매층 후방에 위치한 촉매층은 바람직하게는 종래기술에 해당하고 일반적으로 본 발명에 따른 촉매를 함유하지 않는다. In another particularly preferred embodiment, the at least one catalyst layer present in front of the layer with the highest hot spot contains a mixed element oxide of silver, preferably a mixed element oxide of silver and molybdenum or tungsten, particularly preferably silver and vanadium , While the layer with the highest hot spot and the layer lying down along the airflow contain no mixed element oxides of silver at all. It is preferable that the layer having the highest hot spot contains a mixed element oxide of vanadium and bismuth. The catalyst layer located behind the hot-spot catalyst layer in the direction of the gas outlet preferably corresponds to the prior art and generally does not contain the catalyst according to the present invention.

상기 촉매의 특히 바람직한 실시예에서, 화합물 AgVO3, Ag2MoO4, Ag2WO4 또는 BiVO4는 촉매 현탁액의 제조시 사용되거나 촉매의 활성체 내에 함유된다. In a particularly preferred embodiment of the catalyst, the compound AgVO 3 , Ag 2 MoO 4 , Ag 2 WO 4 or BiVO 4 is used in the preparation of the catalyst suspension or contained in the active substance of the catalyst.

"촉진제"로서 작용하는 상기 혼합 원소 산화물의 함량은 적거나 많지 않게 선택하는 것이 중요하다. 은의 혼합 원소 산화물 함량이 적은 경우, 선택성 증대 효과는 충분하게 실효를 거두지 못하는 반면에, 은의 혼합 원소 산화물 함량이 많은 경우에는 높은 활성이 관찰되는데 이는 CO와 CO2로의 완전 산화반응을 증가시켜 선택성이 낮게 된다. It is important that the content of the mixed element oxide serving as "promoter" is selected to be small or not so large. When the content of oxide of the mixed oxide of silver is small, the effect of increasing the selectivity is not sufficiently effected. On the other hand, when the content of oxide of mixed element of silver is high, high activity is observed, which increases the complete oxidation reaction with CO and CO 2 .

본 발명에 따른 촉매는 특히 기체 유입부 가까이 위치한 촉매층으로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 모든 층에 사용하는 것이 더욱 바람직한데, 그렇지 않을 경우 원료의 거의 대부분이 이미 전환되었기 때문에 완전한 선택성 증대 효과를 더 이상 달성할 수 없기 때문이다.The catalyst according to the invention is more preferably used in all layers, in particular from the catalyst bed located near the gas inlet to the layer with the highest hot spot, since otherwise most of the feed has already been converted, Or more.

비스무트의 혼합 원소 산화물 함량이 높으면 촉매의 선택성에 부정적으로 작용하는 동시에 부산물이 더 많이 형성되어 원하는 생성물의 색상 안정성을 악화시킬 수 있다. 이에 반해, 비스무트의 혼합 원소 산화물 함량이 적으면 선택성 증대 효과가 유의적으로 나타나지 않는다. A high content of bismuth mixed oxide may negatively affect the selectivity of the catalyst, and may also result in formation of more by-products, which may deteriorate the color stability of the desired product. On the other hand, if the oxide content of the mixed oxide of bismuth is small, the effect of increasing the selectivity is not significantly exhibited.

적어도 2개 이상, 특히 바람직하게는 다수 개의 촉매층 조합을 통해 그 중 적어도 하나 이상의 촉매층에 본 발명에 따른 촉매를 포함하는 적층체를 사용하는 경우, 다층 촉매계와 본 발명에 따르지 않는 촉매를 단독으로 사용하는 경우에 비해 전체적으로 명백히 높은 수율을 얻을 수 있다. When a laminate including the catalyst according to the present invention is used in at least one of the catalyst layers through at least two, particularly preferably a plurality of, combinations of catalyst layers, the multilayer catalyst system and the catalyst not according to the present invention are used alone A significantly higher yield can be obtained as a whole.

종래기술에 따르면 많은 경우 촉매 활성이 기체 유입부에 사용된 제1촉매층으로부터 기체 배출부에 가장 가까이 위치한 마지막 촉매층으로 갈수록 단계적으로 증가한다. 활성 조절은 당업자에게 공지된 다양한 방법을 통해 수행할 수 있다. 예를 들면 기체 유입부로부터 기체 배출부에 이르는 층에서 활성체 내 알칼리금속의 함량을 단계적으로 감소시키거나, 사용된 산화티탄의 평균 BET-표면적을 증가시키거나, 또는 촉매의 총 중량에 대한 활성체 성분을 증가시킴으로써 촉매 활성을 증가시킬 수 있다. 또한 활성 조절을 위한 서로 다른 방법을 조합할 수도 있다. According to the prior art, in many cases, the catalytic activity gradually increases from the first catalyst layer used in the gas inlet to the last catalyst layer located closest to the gas outlet. Activity modulation can be accomplished through a variety of methods known to those skilled in the art. For example, by gradually reducing the content of alkali metal in the active material in the layer from the gas inlet to the gas outlet, increasing the average BET-surface area of the titanium oxide used, or increasing the activity The catalyst activity can be increased by increasing the sieve component. It is also possible to combine different methods for activity regulation.

본 발명에 따른 촉매는 활성체 내 적어도 1종 이상의 아나타제형 이산화티탄, 적어도 하나 이상의 바나듐 화합물(바람직하게는 V2O5), 적어도 하나 이상의 은 또는 바나듐의 혼합 원소 산화물 및 경우에 따라 안티몬 화합물, 알칼리원소의 화합물 또는 인 화합물을 포함하는 것이 유리하다. The catalyst according to the present invention comprises at least one anatase type titanium dioxide, at least one vanadium compound (preferably V 2 O 5 ), at least one mixed oxide of at least one silver or vanadium, and optionally an antimony compound, It is advantageous to include a compound of an alkali element or a phosphorus compound.

본 발명에 따른 촉매의 활성체 내 이산화티탄의 전체 함량은 50 내지 99 중량%, 특히 바람직하게는 80 내지 99 중량%이다. The total content of titanium dioxide in the active material of the catalyst according to the present invention is 50 to 99% by weight, particularly preferably 80 to 99% by weight.

이 경우, 소정의 물리적 특성을 가진 1종의 아나타제형 이산화티탄 또는 서로 다른 물리적 특성을 가진 다수 종의 이산화티탄 혼합물을 촉매 현탁액의 제조 또는 촉매의 활성체 제조를 위해 사용될 수 있다. In this case, one kind of anatase type titanium dioxide having a predetermined physical property or a mixture of titanium dioxide having a different physical property can be used for the production of a catalyst suspension or an activator of a catalyst.

본 발명에 따른 촉매에서 사용되는 이산화티탄의 평균 BET-표면적은 하나 또는 그 이상의 이산화티탄종인 경우 10-60 m2/g, 특히 12-30 m2/g인 것이 유리한 반면, 단일 종인 경우 BET-표면적은 3 내지 300 m2/g 범위이다. The average BET surface area of the titanium dioxide used in the catalyst according to the invention is advantageously 10-60 m 2 / g, in particular 12-30 m 2 / g for one or more titanium dioxide species, whereas for BET- The surface area is in the range of 3 to 300 m 2 / g.

사용된 이산화티탄의 평균 BET-표면적은 사용된 종류의 함량과 BET-표면적으로부터 계산된다. 평균 입도가 0.3 내지 0.8㎛ 범위에 있는 적어도 1종 이상의 이산화티탄을 사용한다. The average BET surface area of the titanium dioxide used is calculated from the content of the species used and the BET surface area. At least one kind of titanium dioxide having an average particle size in the range of 0.3 to 0.8 mu m is used.

활성체 내 산화바나듐의 함량(V2O5로서 표현)은 바람직하게는 1 내지 40 중량% 범위이고 특히 바람직한 실시예에서는 1 내지 20 중량% 범위이다. The content of vanadium oxide in the active material (expressed as V 2 O 5 ) is preferably in the range of 1 to 40% by weight, and in a particularly preferred embodiment is in the range of 1 to 20% by weight.

본 발명에 따른 촉매를 제조하기 위해 원료 공급원으로서 오산화바나듐 또는 옥살산 바나듐을 사용하는 것이 유리하다. 일반적으로 예를 들면 메타바나듐산 암모늄과 같은 다른 바나듐 화합물, 이들 중에서 폴리바나듐산 또는 서로 다른 공급원들의 혼합물도 적합하다. It is advantageous to use vanadium pentoxide or vanadium oxalate as the feedstock for the preparation of the catalyst according to the invention. In general, other vanadium compounds such as, for example, ammonium metavanadate, of which polyanadium acid or mixtures of different sources are suitable.

일반적으로 전구체 화합물 또는 바나듐의 원료 공급원은 반응기 내 분자 산소의 존재하에서 촉매를 열처리하거나 또는 촉매를 가열할 때 오산화바나듐으로 변환되므로 활성체 내 바나듐은 실질적으로 4가의 산화단계로 존재한다.In general, the precursor compound or source of vanadium is converted into vanadium pentoxide upon heat treatment of the catalyst in the presence of molecular oxygen in the reactor or heating of the catalyst, so that vanadium in the active is present in a substantially tetravalent oxidation step.

촉매대 내 본 발명에 따른 촉매의 각 층에 따라, 촉매 활성체는 이산화티탄, 산화바나듐 이외에 은 또는 바나듐의 하나 또는 그 이상의 혼합 원소 산화물 및 추가적으로 알칼리금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 원소를 포함한다.Depending on the respective layers of the catalyst according to the invention in the catalyst bed, the catalytically active substance may comprise one or more elements selected from the group consisting of titanium dioxide, vanadium oxide, one or more mixed element oxides of silver or vanadium and additionally alkali metals .

일반적으로 촉매 현탁액의 염(예를 들면 황산염, 탄산염, 질산염, 인산염)으로서 첨가되고 촉매 가열시 상응하는 산화물로 전환되거나 활성체(촉매의 열처리 후) 내에서 변하지 않은 상태로 존재한다. Are generally added as salts of catalyst suspensions (e.g., sulphates, carbonates, nitrates, phosphates) and are converted into the corresponding oxides upon catalyst heating or remain unchanged within the active (after heat treatment of the catalyst).

알칼리금속 화합물은 활성 조절과 함께 촉매 활성을 개선시키기 위해 사용한다. Alkali metal compounds are used to improve catalytic activity along with activity control.

바람직한 실시예에서, 활성체 내 알칼리금속 함량은 0 내지 1.0 중량%의 범위에 있고 특히 바람직하게는 0 내지 0.6 중량% 범위이다. 촉매 현탁액을 제조하기 위해 황산세슘과 같은 용해성 세슘 화합물을 사용하는 것이 좋다. In a preferred embodiment, the alkali metal content in the active is in the range of 0 to 1.0% by weight and particularly preferably in the range of 0 to 0.6% by weight. It is preferable to use a soluble cesium compound such as cesium sulfate in order to prepare a catalyst suspension.

본 발명에 따른 촉매는 특히 열점 촉매층의 활성체에 열적 안정성을 개선시키기 위해 활성체의 일 구성성분으로서 안티몬 화합물을 함유하는 것이 좋다. 활성체 내 안티몬 함량은 전체 촉매대 내 해당 촉매의 층과 각 층에서 해당 촉매의 열처리에 따라 0 내지 10 중량%(Sb2O3로서 표현) 및 특히 0 내지 5 중량% 범위에 있는 것이 바람직하다. The catalyst according to the present invention preferably contains an antimony compound as one component of the active material in order to improve the thermal stability of the active material of the hot spot catalyst layer. The antimony content in the active material is preferably in the range of 0 to 10% by weight (expressed as Sb 2 O 3 ) and particularly 0 to 5% by weight, depending on the layer of the catalyst in question and the heat treatment of the catalyst in each layer .

촉매 현탁액을 제조하거나 담체를 코팅하기 위해 필요한 본 발명에 따른 촉매의 분말 혼합물에 대한 출발물질로서, 예를 들면 안티몬 염 또는 산화안티몬과 같은 서로 다른 안티몬 화합물을 서로 다른 산화단계에서 사용할 수 있다. As a starting material for the powder mixture of the catalyst according to the invention which is necessary for preparing the catalyst suspension or coating the carrier, different antimony compounds such as, for example, antimony salts or antimony oxides can be used in different oxidation steps.

본 발명에 따른 촉매의 바람직한 실시예에서, 촉매 현탁액의 제조시 안티몬-III-산화물이 사용된다. In a preferred embodiment of the catalyst according to the invention, antimony-III-oxide is used in the preparation of the catalyst suspension.

경우에 따라 본 발명에 따른 촉매는 촉매 활성체 내에 인 화합물을 함유하거나 인 화합물을 촉매 현탁액 제조나 담체 코팅을 위해 사용되는 분말 혼합물 제조시 원료 공급원으로서 첨가할 수 있다. 본 발명에 따른 촉매의 특히 바람직한 실시예에서, 활성체의 인 함량은 0 내지 1.5 중량%(P로서 표시) 범위이다. In some cases, the catalyst according to the present invention may contain a phosphorus compound in the catalytically active form or may be added as a feedstock source in the preparation of a powder mixture used for catalyst suspension preparation or carrier coating. In a particularly preferred embodiment of the catalyst according to the invention, the phosphorus content of the active is in the range from 0 to 1.5% by weight (expressed as P).

적층체 내 본 발명에 따른 하나 이상의 촉매이거나 본 발명에 따르지 않은 하나 이상의 촉매를 가진 다수 개의 층을 구비한 촉매계에서 기체 유입부로부터 기체 배출부 방향으로 인 함량을 증가시키는 것이 특히 좋다. It is particularly advantageous to increase the phosphorus content from the gas inlet to the gas outlet in a catalyst system comprising a plurality of layers with one or more catalysts according to the invention, or with one or more catalysts according to the invention in the laminate.

본 발명에 따른 촉매의 활성체에는 촉진제로서 활성을 감소 또는 증가시키거나 촉매의 선택성에 대한 영향을 줄 수 있는 다수의 다른 화합물들이 소량 함유될 수 있다. The activator of the catalyst according to the present invention may contain small amounts of a number of other compounds which can reduce or increase activity as an accelerator or affect the selectivity of the catalyst.

종래 문헌에는 활성 조절 또는 소위 "열점"을 줄이거나 방지하는 방편으로 다층 촉매를 사용하는 것을 기재되어 있는데, 촉매 적층체 내 층층히, 특히 다수 개의 층들이 서로 겹쳐 배치되는 것으로 종래기술에서는 일반적으로 기체 유입부에 가장 가까운 위치에 가장 적은 활성 촉매가 존재하고 기체 배출부 방향으로 갈수록 촉매 활성이 증가한다. The prior art discloses the use of multilayer catalysts as a means of reducing or preventing activity modulation or so-called " hot spots ", in which the layers in the catalyst laminate, particularly a plurality of layers, The least active catalyst exists at the position closest to the inlet and the catalyst activity increases toward the gas outlet.

각 층의 촉매는 서로 다른 화학조성을 가져 활성과 선택성이 서로 다르다. The catalysts in each layer have different chemical compositions and have different activity and selectivity.

다층 촉매계에서 적어도 하나 이상의 층이 적어도 하나 이상의 해당 혼합 원소 산화물을 함유하는 본 발명에 따른 촉매를 함유하는 것이 바람직하다. In a multi-layer catalyst system, it is preferred that at least one of the layers contains a catalyst according to the invention containing at least one of the corresponding mixed element oxides.

기체 유입부에 가장 가까이 위치하고 가장 높은 열점을 가진 제1층은 본 발명의 촉매를 함유한다. 촉매대 내 모든 층, 즉 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 모든 층이 본 발명에 따른 촉매를 함유하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들면, 서로 다른 층에서 은의 혼합 원소 산화물의 함량과 형태는 다양할 수 있다. 활성체의 기타 조성은 촉매대 내 각 층에 맞도록 적절히 조절하는 것이 좋다. The first layer located closest to the gas inlet and having the highest hot spot contains the catalyst of the present invention. It is particularly preferred that all layers in the catalyst bed, that is, all layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot, contain the catalyst according to the invention. For example, the content and morphology of mixed element oxides of silver in different layers may vary. It is advisable to adjust the other composition of the activator to suit each layer in the catalyst bed.

바람직한 실시예에서, 가장 높은 국소 최대온도를 가진 층은 은의 혼합 원소 산화물과 또는 이와 함께 비스무트와 바나듐의 혼합 원소 산화물을 포함한다. In a preferred embodiment, the layer with the highest local maximum temperature comprises a mixed element oxide of silver, or alternatively a mixed element oxide of bismuth and vanadium.

특히, 가장 높은 열점을 가진 층에서 AgVO3와 BiVO4의 혼합 원소 산화물의 조합을 사용하는 것이 본 발명에 따른 촉매의 활성을 상승시키는 효과가 있다. In particular, the use of a combination of elemental oxides of AgVO 3 and BiVO 4 in the layer having the highest temperature has the effect of increasing the activity of the catalyst according to the present invention.

놀랍게도 가장 높은 열점을 가진 층 전방의 기체 유입부 방향으로 기류를 따라 상방에 있는 촉매층의 활성체 중 적어도 하나 이상은 가장 높은 열점을 가진 층에 비해 활성체 내 안티몬 함량이 적은 것이 유리하다는 것을 발견하였다.Surprisingly, it has been found that at least one of the active components of the catalyst layer above the air stream upstream of the layer with the highest hot spot advantageously has a lower antimony content in the active component than the layer with the highest hot spot .

하나 또는 그 이상의 적층체에 다수 개의 층을 가진 촉매의 또 다른 바람직한 실시예에서, 열점-촉매층의 전방에 위치한 적어도 하나 이상의 촉매층이 은과 소정의 원소, 특히 유리하게는 바나듐 또는 몰리브덴 또는 텅스텐과의 혼합 원소 산화물의 적어도 하나 이상을 포함한다. In another preferred embodiment of a catalyst having a plurality of layers in one or more stacks, at least one catalyst layer located in front of the hot spot-catalyst layer is formed of silver and a predetermined element, particularly advantageously vanadium or molybdenum or tungsten And at least one or more of the mixed element oxides.

본 발명에 따른 촉매의 특히 바람직한 실시예에서, 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 모든 층 중 적어도 어느 하나의 층에는 은과의 혼합 원소 산화물, 특히 은과 바나듐 또는 몰리브덴 또는 텅스텐과의 혼합 원소 산화물을 함유하는 반면, 가장 높은 열점을 가진 층은 바나듐의 혼합 원소 산화물, 특히 바나듐과 비스무트의 혼합 원소 산화물을 함유한다. In a particularly preferred embodiment of the catalyst according to the invention, at least one of all the layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot has a mixed oxide of silver and, in particular, silver and vanadium or molybdenum or tungsten While the layer with the highest hot spot contains mixed element oxides of vanadium, in particular mixed element oxides of vanadium and bismuth.

특히 바람직한 또 다른 실시예에서, 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 갖는 층에 이르는 모든 층은 은의 혼합 원소 산화물을 함유하고, 가장 높은 열점을 가진 층은 바나듐과 비스무트의 혼합 원소 산화물을 더 함유한다. In another particularly preferred embodiment, all layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot contain a mixed element oxide of silver and the layer with the highest hot spot further contains a mixed element oxide of vanadium and bismuth.

촉매 현탁액의 제조시 또는 담체 코팅을 위해 사용되는 분말 혼합물의 제조시 공급원으로서 다핵 혼합 원소 산화물 또는 그의 전구체 화합물을 사용하는 것이 특히 좋다.It is particularly advantageous to use a polynuclear mixed oxide or its precursor compound as a source in the preparation of the catalyst suspension or in the preparation of the powder mixture used for the carrier coating.

촉매 현탁액의 제조 또는 활성체의 제조를 위해 AgVO3의 경우보다 은에 대한 원자비가 더 작거나 더 큰 은의 혼합 원소 산화물이 사용될 수도 있다. 해당 혼합 원소 산화물에서 원소들의 원자비에 따라 촉매 현탁액 또는 코팅을 위해 사용된 분말 혼합물 중 혼합 원소 산화물 또는 그의 전구체 화합물의 양을 조절하여 제조된 촉매의 활성체 중 은의 함량을 적절히 조절하여야 한다. A mixed element oxide of silver having a smaller or larger atomic ratio to silver than that of AgVO 3 may be used for the preparation of the catalyst suspension or the production of the activator. The content of silver in the active material of the catalyst prepared by controlling the amount of the mixed element oxide or its precursor compound in the catalyst suspension or the powder mixture used for the coating should be appropriately controlled depending on the atomic ratio of the elements in the mixed element oxide.

상기 혼합 원소 산화물상 또는 그의 전구체 화합물이 이미 형성된 경우에는, 촉매 현탁액 또는 담체를 코팅하기 위해 사용된 분말 혼합물에 미리 첨가하는 것이 좋다. 또한 하나 또는 그 이상의 해당 전구체 화합물을 촉매 현탁액 또는 분말 혼합물에 첨가할 수 있는데, 이후 이들은 촉매의 열처리시 적절한 혼합 원소 산화물로 전환된다. If the mixed element oxide phase or a precursor compound thereof is already formed, the catalyst suspension or the carrier may be added in advance to the powder mixture used for coating. One or more corresponding precursor compounds may also be added to the catalyst suspension or powder mixture, which are then converted to the appropriate mixed oxide oxides upon heat treatment of the catalyst.

이미 기재한 바와 같이, 원료 공급원으로서 정수의 몰비로 존재하는 은과 다른 원소와의 혼합 원소 산화물 또는 그의 전구체 화합물을 촉매 현탁액의 제조시 사용하거나 본 발명에 따른 촉매의 활성체 내 존재하게 할 수 있을 뿐 아니라, 은에 비해 원자크기가 작거나 또는 큰 은과의 2핵 또는 다핵 혼합 원소 산화물을 사용할 수 있다. 혼합 원소 산화물 또는 그의 은 구성성분의 일반식에 따라, 촉매 현탁액 또는 활성체 내 해당 혼합 원소 산화물의 함량을 높이거나 낮춰준다. As already described, the mixed oxide of the elemental oxide or its precursor compound with silver and other elements present in the molar ratio of the purified water as the source of the raw material can be used in the production of the catalyst suspension or in the active substance of the catalyst according to the present invention As well as binary or multicomponent mixed element oxides with silver having a smaller or larger atomic size than that of silver. Depending on the composition of the mixed element oxide or its silver component, the content of the corresponding mixed element oxide in the catalyst suspension or the active material is increased or decreased.

은의 2핵 또는 다핵 혼합 원소 산화물은 청구범위 제11항에 따른 일반식 I로 표시된다:The silver binary core or polynuclear mixed element oxide is represented by the general formula I according to claim 11:

AgxMyNzOn (일반식 I) Ag x M y N z O n (general formula I)

상기 일반식 I의 혼합 원소 산화물에서, x는 특히 바람직하게는 0 내지 5의 값을 가지며, 변수 y의 값은 바람직하게는 0 내지 0.3이다. In the mixed element oxides of the general formula I, x preferably has a value of 0 to 5, and the value of the variable y is preferably 0 to 0.3.

하기 일반식의 혼합 원소 산화물이 특히 바람직하다:Particularly preferred are mixed element oxides of the general formula:

AgAg xx NN zz OO nn

상기 식에서 In the above formula

Ag = 은, Ag =

x = 0.1 내지 1의 값, x = 0.1 to 1,

N = 바나듐, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 안티몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소, N is an element selected from the group consisting of vanadium, molybdenum, tungsten, niobium, and antimony,

z = 1,z = 1,

n = 일반식 I에서 산소와 다른 원소의 결합가 및 빈도에 의해 결정되는 수이다. n = a number determined by the bond and frequency of oxygen and other elements in the general formula I.

원칙적으로 촉매 현탁액의 제조시 해당 혼합 원소 산화물 또는 그의 출발 화합물의 하나 또는 그 이상의 전구체 화합물을 사용하고 해당 혼합 원소 산화물을 포함하는 본 발명에 따른 촉매는 먼저 반응기 내에서 가열하여 소성하거나 또는 반응기 내에서 가열하는 도중에 형성할 수 있으며 이는 본 발명으로부터 명백히 알 수 있다.In principle, in the preparation of the catalyst suspension, the catalyst according to the invention, using one or more precursor compounds of the corresponding mixed element oxides or starting compounds thereof and comprising the corresponding mixed element oxides, is first heated and fired in the reactor, Can be formed during heating, which can be clearly seen from the present invention.

본 발명의 촉매의 바람직한 실시예에서, 혼합 원소 산화물 AgVO3, Ag2MoO4, Ag2WO4 또는 다른 원자비를 가진 이들 원소의 혼합 원소 산화물을 사용하여 촉매의 성능을 개선한다. In a preferred embodiment of the catalyst of the present invention, mixed element oxides AgVO 3 , Ag 2 MoO 4 , Ag 2 WO 4 or mixed element oxides of these elements with different atomic ratios are used to improve the performance of the catalyst.

촉매 현탁액을 위해 "단핵" 은 화합물 대신 은과 바람직하게는 예를 들면 바나듐, 텅스텐 및 몰리브덴과의 혼합 원소 산화물을 첨가하였더니 활성체 내 은을 포함하지 않은 촉매 또는 산화물(AgO 또는 Ag2O)로서 또는 염(질산염, 인산염, 황산염, 염산염, 암모늄염, 유기산의 염)으로서 또는 수산화물로서 또는 촉매 현탁액의 아민-착물로서 은이 첨가되거나 활성체에 함유된 촉매에 비해 선택성이 현저하게 개선됨을 발견하였다. 염 형태 또는 단핵 산화물에 비해 혼합 원소 산화물 또는 혼합 원소 화합물 형태의 은이 촉매공정에 더 효과가 있을 것으로 예상된다. For the catalyst suspension, "mononuclear" refers to a catalyst or oxide (AgO or Ag 2 O) that does not contain silver in the active body, instead of a compound, and preferably a mixed oxide of vanadium, tungsten and molybdenum, Or as a salt, or as a salt of a salt (nitrate, phosphate, sulphate, hydrochloride, ammonium salt, organic acid) or as a hydroxide or as an amine-complex of a catalyst suspension. It is expected that silver in the form of mixed element oxides or mixed element compounds will be more effective in catalytic processes than in salt form or mononuclear oxides.

비제한적인 예로서 본 발명에 따른 촉매의 구성성분으로서 화합물 AgVO3가 촉매 현탁액 또는 활성체의 제조시 첨가제로서 사용될 수 있지만 활성체는 적어도 아나타제형 이산화티탄과 바나듐 화합물을 포함한다. 바람직하게는 본 발명에 따른 촉매는 또한 적어도 제1 주요 군에 해당하는 하나 이상의 화합물을 포함한다. 촉매대 내 본 발명에 따른 촉매의 층에 따라 본 발명에 따른 촉매는 활성체에 안티몬 화합물, 특히 Sb2O3 및 경우에 따라 인 화합물을 함유한다. As a non-limiting example, although the compound AgVO 3 as a component of the catalyst according to the present invention can be used as an additive in the preparation of a catalyst suspension or an active material, the active material includes at least anatase-type titanium dioxide and a vanadium compound. Preferably, the catalyst according to the invention also comprises at least one compound corresponding to at least a first major group. Depending on the layer of the catalyst according to the invention in the catalyst bed, the catalyst according to the invention contains an antimony compound, in particular Sb 2 O 3 and optionally a phosphorus compound, in the active.

놀랍게도 은과 바나듐 또는 텅스텐 또는 몰리브덴과의 혼합 원소 산화물 적어도 하나 이상 또는 그의 전구체 화합물을 사용하여 제조된 다층 구조의 촉매가 선택성 증가와 관련하여 매우 유리하다는 것이 밝혀졌는데, 본 발명에 따른 촉매는 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 층 중 어느 하나 또는 그 이상의 촉매층에서 사용되는 것이 좋다. Surprisingly, it has been found that a multi-layered catalyst prepared using at least one or more of the precursor compounds of silver and vanadium or mixed element oxides of tungsten or molybdenum is very advantageous in terms of increasing the selectivity, Layer to the layer having the highest point of the highest temperature.

특히 바람직한 실시예에서, 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 모든 촉매층 중 하나 또는 그 이상 또는 모든 촉매층이 은과 바나듐 또는 텅스텐 또는 몰리브덴과의 혼합 원소 산화물을 활성체 중에 0 내지 15 중량%, 특히 0 내지 10,0 중량% 및 가장 바람직하게는 0 내지 5 중량%를 포함한다.In a particularly preferred embodiment, one or more or all of the catalyst layers from all of the catalyst layers from the gas inlet to the layer with the highest point of hotness, or all of the catalyst layers, contain 0-15 wt% of a mixed element oxide of silver and vanadium or tungsten or molybdenum in the active, By weight, in particular from 0 to 10,0% by weight and most preferably from 0 to 5% by weight.

본 발명에 따른 촉매의 특히 바람직한 실시예에서, 은-바나듐-혼합 원소 산화물에서 Ag:V의 몰비가 1:1인 화합물은 혼합 원소 산화물 AgVO3이다. 이 경우, 소위 은-바나듐-청동은 그 정의에 의하면 Ag:V의 원자비가 1:1 미만이므로 고려되지 않는다.In a particularly preferred embodiment of the catalyst according to the invention, the compound wherein the molar ratio of Ag: V in the silver-vanadium-mixed element oxide is 1: 1 is the mixed element oxide AgVO 3 . In this case, the so-called silver-vanadium-bronze is not considered by definition because the atomic ratio of Ag: V is less than 1: 1.

또한 바나듐과 원료 공급원으로서 비스무트, 몰리브덴, 텅스텐, 안티몬, 비스, 납, 주석, 아연, 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간, 크롬, 니오븀, 지르코늄, 티탄, 금, 레늄, 란탄, 세륨, 탄탈, 레늄의 혼합 원소 산화물을 촉매 제조시 또는 활성체의 구성성분으로서 사용했을 때 선택성이 개선된다는 것이 밝혀졌다. In addition, vanadium and a raw material supply source may be formed of a metal such as bismuth, molybdenum, tungsten, antimony, bis, lead, tin, zinc, copper, nickel, cobalt, iron, manganese, chromium, niobium, zirconium, titanium, gold, rhenium, lanthanum, It has been found that the selectivity is improved when the mixed element oxide of rhenium is used as a catalyst component or as a constituent component of an activator.

특히, 촉매 현탁액의 제조를 위한 원료 공급원으로서 또는 활성체의 구성성분으로서 바나듐산비스무트를 선택성 개선을 위해 사용한다. 이 경우, 활성체의 구성성분으로서 본 발명에 따른 촉매 BiVO4는 특히 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 층 중 어느 하나 또는 그 이상의 층에 포함되는 것이 좋다. In particular, bismuth vanadium oxide is used as a source of raw materials for the preparation of the catalyst suspension or as a constituent of the activator for the improvement of selectivity. In this case, it is preferable that the catalyst BiVO 4 according to the present invention as a constituent of the active material is contained in one or more layers particularly from the gas inlet to the layer having the highest temperature.

본 발명에 따른 촉매는 이산화티탄과 산화바나듐 외에 은과 상술한 원소와의 하나 또는 그 이상의 혼합 원소 산화물과, 바나듐과 상술한 원소와의 하나 또는 그 이상의 혼합 원소 산화물을 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 촉매의 촉매 현탁액을 제조하기 위해 바나듐산은과 바나듐산비스무트를 사용하거나 촉매의 활성체 내에 병존시킨다. The catalyst according to the present invention comprises, in addition to titanium dioxide and vanadium oxide, one or more mixed element oxides of silver and the above-mentioned elements, and one or more mixed element oxides of vanadium and the above-mentioned elements. In a particularly preferred embodiment, vanadium acid and bismuth vanadate are used or co-existed in the catalyst active to produce a catalyst suspension of the catalyst according to the invention.

촉매 적층체 내 본 발명에 따른 촉매의 층에 따라 본 발명에 따른 촉매는 적어도 하나 이상의 알칼리금속 화합물, 바람직하게는 세슘 화합물, 안티몬 화합물, 바람직하게는 안티몬-III-산화물 및 경우에 따라 인 화합물을 더 포함한다. Depending on the layer of the catalyst according to the invention in the catalyst laminate, the catalyst according to the invention comprises at least one alkali metal compound, preferably a cesium compound, an antimony compound, preferably an antimony-III-oxide and, .

촉매 현탁액의 제조시 정수의 원자비로 존재하는 바나듐과 다른 원소와의 혼합 원소 산화물 또는 그의 전구체 화합물을 원료 공급원으로서 사용하거나 또는 본 발명에 따른 촉매의 활성체 내 존재하게 할 수 있을 뿐 아니라, 바나듐에 비해 원자크기가 작거나 또는 큰 바나듐과의 2핵 또는 다핵 혼합 원소 산화물을 사용할 수 있다. 혼합 원소 산화물 또는 그의 바나듐 구성성분의 일반식에 따라, 촉매 현탁액 또는 활성체 내 해당 혼합 원소 산화물의 함량을 높이거나 낮춰준다. The mixed oxide of vanadium and other elements present in the atomic ratio of the purified water in the production of the catalyst suspension can be used as the raw material supply source or in the active material of the catalyst according to the present invention, A binary or multinuclear mixed element oxide of vanadium with a smaller or larger atomic size than vanadium can be used. Depending on the general formula of the mixed element oxide or vanadium component thereof, the content of the corresponding mixed element oxide in the catalyst suspension or the active material is increased or decreased.

바나듐과의 2핵 또는 다핵의 혼합 원소 산화물은 청구범위 제12항에 따른 하기 일반식으로 표시된다: The binary or multicomponent mixed element oxide with vanadium is represented by the following general formula according to claim 12:

MaNbVcOd (일반식 II) M a N b V c O d (formula II)

본 발명에 따른 촉매로서 소위 "쉘형 촉매"를 예로 들 수 있는데, 이 셀형 촉매는 촉매 활성체가 하나 또는 그 이상의 층에서 일반적으로 반응 조건하에서 불활성인 자기류(porcelain), 산화마그네슘, 산화주석, 탄화규소, 규산세륨, 규산마그네슘(스테아타이트), 규산지르코늄, 산화알루미늄, 석영과 같은 담체 재료 또는 이들 담체 재료의 혼합물 상에 쉘 형태로 도포된다. 종래기술에서는 담체 재료로서 특히 스테아타이트 또는 탄화규소를 사용하였다. As the catalyst according to the present invention, there can be exemplified a so-called "shell type catalyst ", in which the catalyst activator is selected from porcelain, magnesium oxide, tin oxide, silicon carbide , Cerium silicate, magnesium silicate (stearate), zirconium silicate, aluminum oxide, quartz, or a mixture of these carrier materials. In the prior art, particularly stearate or silicon carbide was used as the carrier material.

이러한 쉘형 촉매는 통상적으로 활성체 구성성분 또는 그의 전구체 화합물의 수성 또는 유기 용매를 함유하는 용액 또는 현탁액(본 명세서에서는 "촉매 현탁액"으로 기재함)이 담체 재료 상에 가열하면서 와류법(DE-A 2106796)으로 촉매의 총 중량 기준으로 원하는 활성체 성분이 달성될 때까지 도포하여 제조한다. 현탁액 또는 분말 혼합물로서 활성체 구성성분 또는 그의 전구체 화합물로 불활성 비다공성 담체 재료를 가열시킨 당의정(dragee) 제조 드럼에서 가열하면서 코팅할 수 있다. Such a shell-type catalyst typically comprises a solution or suspension (referred to herein as a "catalyst suspension") containing an aqueous or organic solvent of an active constituent or a precursor compound thereof, 2106796) until the desired active ingredient is achieved, based on the total weight of the catalyst. The inert nonporous carrier material may be coated with the active ingredient or a precursor compound thereof as a suspension or powder mixture while heating in a heated dragee production drum.

그 안에 함유된 활성체 성분 또는 그의 전구체 화합물을 포함한 촉매 현탁액을 분무할 때 또는 당의정 제조 드럼 또는 와류대에서 불활성 담체 재료를 코팅할 때 촉매 현탁액의 분무화(atomization) 및/또는 부분적으로 위에서 기재한 담체의 부분적인 침식이 일어나 부분적으로 높은 손실이 나타나기 때문에, 이와 관련하여 종래기술에서는 촉매 현탁액의 결합을 위해 유기 바인더, 바람직하게는 공중합체, 바람직하게는 비닐아세테이트/비닐라우레이트, 비닐아세테이트/아크릴레이트, 스티렌/아크릴레이트, 비닐아세테이트/말레에이트 및 비닐아세테이트/에틸렌의 수성 분산액 형태로 첨가하는 바, 이때 통상적인 바인더의 양은 사용된 촉매 현탁액의 고형분 대비 10-20 중량%이다. 상기 바인더 물질의 첨가시 코팅 온도는 50-450℃ 범위인 것이 좋다. 바인더 물질은 반응기에 촉매를 넣은 후 빠르면 사용 온도 이상으로 반응기를 가열할 때 또는 늦어도 촉매의 효과가 개시될 때 첨가하며,촉매로부터 완전히 분리된다. The atomization of the catalyst suspension when spraying the catalyst suspension containing the active component or the precursor compound contained therein or when coating the inert carrier material in the drum or eddy current drum for producing sugar alcohols and / Partial erosion of the carrier takes place and partly high losses appear, so in the prior art it has been found that in the prior art, an organic binder, preferably a copolymer, preferably vinyl acetate / vinyl laurate, vinyl acetate / In the form of an aqueous dispersion of styrene / acrylate, vinyl acetate / maleate and vinyl acetate / ethylene, wherein the amount of the conventional binder is 10-20% by weight relative to the solids content of the catalyst suspension used. The coating temperature during the addition of the binder material is preferably in the range of 50-450 ° C. The binder material is added as soon as the reactor is heated above the operating temperature as soon as the catalyst is placed in the reactor or when the effect of the catalyst is initiated at the latest and is completely separated from the catalyst.

이 경우, 박막형 쉘로서 불활성 담체 재료 위에 잔류하는 촉매 활성 성분은 활성체로서 고려된다. 이 활성체의 성분은 부분적으로 촉매 현탁액에 사용된 성분 또는 원료 공급원 또는 전구체 화합물로부터 유래된 것일 수 있는데, 이는 촉매의 열처리를 통해 화학적으로 부분 전환되고 특히 해당 금속산화물로 변환되기 때문이다.In this case, the catalytically active component remaining on the inert carrier material as the thin film shell is considered as an active substance. The components of this activator may be derived in part from the components used in the catalyst suspension, or from the feedstock source or precursor compound, which is chemically partially converted through the heat treatment of the catalyst and converted into the corresponding metal oxide in particular.

놀랍게도 촉매의 성능은 촉매의 조성과 활성체(가열 또는 형성된 촉매 활성 화합물의 온도 이후)의 양에 전적으로 의존하지 않고, 촉매 현탁액 내 또는 담체의 코팅을 위해 사용한 분말 혼합물의 조성과 활성체의 양이 촉매의 선택성, 활성 및 사용수명에 대해 큰 영향을 갖는 것으로 밝혀졌다. Surprisingly, the performance of the catalyst depends entirely on the composition of the catalyst and on the amount of active (after the temperature of the heated or formed catalytically active compound) and on the composition of the powder mixture used for the coating of the catalyst suspension or carrier Have a great influence on the selectivity, activity and service life of the catalyst.

본 발명은 또한 방향족 탄화수소를 함유하고 분자 산소 함유 기체를 포함하는 기체 형태의 기류를 가열 상태에서 소정의 촉매와 접촉하게 함으로써 알데히드, 카르복실산 또는 카르복실산 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a process for preparing an aldehyde, carboxylic acid or carboxylic acid anhydride by bringing a gas stream containing an aromatic hydrocarbon and containing a molecular oxygen-containing gas into contact with a predetermined catalyst in a heated state.

촉매 현탁액을 위한 원료 공급원으로서 사용한 혼합 원소 산화물은 다양한 방법으로 제조할 수 있고 분리된 화합물 또는 반응 혼합물 형태로 직접 촉매 현탁액에 포함시킨다. 경우에 따라, 촉매 현탁액의 혼합 금속 산화물의 상응하는 전구체 화합물이 첨가될 수 있다. 이 경우, 다핵 혼합 원소 화합물 또는 혼합 금속 산화물 화합물은 일반적으로 활성체에 존재하고 적절히 열처리한 혼합 원소 산화물로서 다른 결정 구조를 포함하고 그 위에 결정수(crystal water)를 함유하는 것이 좋다. Mixed element oxides used as feedstock for the catalyst suspension can be prepared in a variety of ways and incorporated directly into the catalyst suspension in the form of separate compounds or reaction mixtures. Optionally, a corresponding precursor compound of the mixed metal oxide of the catalyst suspension may be added. In this case, the polynuclear mixed compound compound or the mixed metal oxide compound is generally a mixed element oxide present in an active material and suitably heat-treated, and may contain another crystal structure and contain crystal water thereon.

본 발명에 따른 촉매에 사용된 혼합 원소 산화물 및/또는 그의 전구체 화합물의 제조를 위한 대부분의 경우에, 금속 화합물의 용액을 고온에서 수성 또는 비수성 용매에서 금속산화물의 현탁액으로 전환하는 것이 적합할 수 있다. 예를 들면 본 발명에 따른 촉매에 대해 사용한 은-바나듐-산화물은 바람직하게는 고온의 수성 용액 중에서 질산은과 오산화바나듐을 원하는 해당 원자비로 전환시켜 제조될 수 있다. 이때, 그 안에 함유된 혼합 금속 화합물을 포함하는 반응 혼합물을 촉매 현탁액에 직접 첨가하거나 혼합 금속 화합물을 그 전에 분리하여 경우에 따라 열처리할 수 있다. In most cases for the preparation of the mixed element oxides and / or their precursor compounds used in the catalyst according to the invention, it may be appropriate to convert the solution of the metal compound to a suspension of the metal oxide in an aqueous or non- have. For example, the silver-vanadium-oxide used for the catalyst according to the present invention can preferably be prepared by converting silver nitrate and vanadium pentoxide into the corresponding desired atomic ratio in a hot aqueous solution. At this time, the reaction mixture containing the mixed metal compound contained therein may be directly added to the catalyst suspension, or the mixed metal compound may be separated before the heat treatment as occasion demands.

상기 용매로서 물 외에 폴리올, 폴리에테르 또는 아민과 같은 극성 유기 용매를 사용할 수 있다. 금속산화물 또는 다수의 금속 산화물(예를 들면 오산화바나듐 및 삼산화몰리브덴)은 은 화합물과 경우에 따라 다른 화합물(예를 들면 인 화합물)과 함께 일반적으로 상온에서 또는 가열하면서 전환시킬 수 있다. 상기 반응은 50 내지 100℃에서 사용한 출발물질과 반응 조건에 따라 20분 내지 5일 동안 지속하는 것이 바람직하다. In addition to water, a polar organic solvent such as polyol, polyether or amine may be used as the solvent. Metal oxides or many metal oxides (e.g., vanadium pentoxide and molybdenum trioxide) can be converted with silver compounds and optionally other compounds (such as phosphorus compounds), usually at ambient temperature or with heating. Preferably, the reaction is continued for 20 minutes to 5 days, depending on the starting materials and reaction conditions used at 50-100 &lt; 0 &gt; C.

이렇게 형성된 혼합 금속 화합물을 반응 혼합물로부터 분리하고 경우에 따라 다른 용도를 위해 저장하거나 또는 적어도 이산화티탄과 바나듐 화합물을 함유하는 촉매 현탁액의 현탁액으로서 직접 첨가한다. 상기 반응을 통해 수득되고 분리된 혼합 금속 화합물은 촉매 현탁액의 첨가 전에 가열하면서 반응시켜 결정 구조를 전환시키고 결정수를 제거할 수 있다. The thus formed mixed metal compound is separated from the reaction mixture and optionally stored for other uses or added directly as a suspension of a catalyst suspension containing at least titanium dioxide and a vanadium compound. The mixed metal compound obtained through the above reaction may be reacted while heating before adding the catalyst suspension to convert the crystal structure and remove the crystal water.

혼합 금속 화합물을 미리 분리하는 경우, 현탁액을 여과시키고 얻어진 고체를 건조시키는데, 이러한 건조는 다양한 방법으로 실시할 수 있다. 분무건조 또는 동결건조를 통해 혼합 금속-현탁액을 건조시키는 것이 좋다. When the mixed metal compound is separated in advance, the suspension is filtered and the obtained solid is dried, and this drying can be carried out in various ways. It is advisable to dry the mixed metal-suspension through spray drying or lyophilization.

용액 중 또 다른 반응은 또한 공용융(co-melting)에 의해 혼합 금속 화합물을 얻을 수 있는데, 예를 들면 400 내지 800℃의 고온의 고체 반응에서 다양하게 미세 혼합된 금속산화물-분말로 전환된다.Another reaction in the solution can also be obtained by co-melting the mixed metal compound, which is converted into a variety of finely mixed metal oxide powders, for example, at a high temperature of 400 to 800 DEG C in a solid reaction.

촉매 현탁액의 성분은 일반적으로 산화물 또는 예를 들면 산소의 존재하에서 가열하면 산화물로 전환되는 염과 같은 화합물 형태로 사용된다. 촉매 현탁액에 인산염 또는 할로겐화물과 같은 금속염도 첨가될 수 있는데, 열처리 후에도 촉매의 활성체로 변하지 않고 존재한다. The components of the catalyst suspension are generally used in the form of a compound such as a salt which is converted to an oxide by heating in the presence of an oxide or, for example, oxygen. Metal salts, such as phosphates or halides, may also be added to the catalyst suspension, which remain unchanged as catalyst activators after heat treatment.

본 발명에 따른 촉매는 일반적으로 최종 촉매의 전구체로부터 제조될 수 있는데, 이러한 촉매 전구체는 그 상태로 저장될 수 있다. 이 경우, 촉매 현탁액에 사용된 원료를 불활성 세라믹 담체 위에 분무법으로 도포하고 유기 바인더 물질을 사용하여 고정시키는 것이 좋다. Catalysts according to the invention can generally be prepared from precursors of the final catalyst, which catalyst precursors can be stored in that state. In this case, it is preferable that the raw material used for the catalyst suspension is applied onto the inert ceramic carrier by spraying and fixed using an organic binder material.

상기 활성 촉매는 일반적으로 촉매 전구체를 열처리하거나 또는 반응기 내에서 촉매를 가열할 때 생성된다. 이 경우, 일반적으로 사용된 금속 화합물은 상응하는 금속산화물로 전환된다. 예를 들면 옥살산 바나듐이 첨가되면 V2O5로 전환된다. 경우에 따라 촉매 현탁액에 함유된 화합물에서 촉매를 가열할 때 그 산화된 형태의 화합물로 전환된다. 인산이수소암모늄은 P2O5로 전환되고 그대로 활성체 내 존재g하게 된다. 이 경우에, 일반적으로 촉매의 열처리시 결정수가 손실되고 경우에 따라 그 결정 구조가 변하게 되므로, 수성 혼합 금속 산화물을 제조하여 촉매 현탁액의 제조시 원료 공급원으로서 사용한다. The active catalyst is generally produced when the catalyst precursor is heat treated or the catalyst is heated in the reactor. In this case, commonly used metal compounds are converted to the corresponding metal oxides. For example, when vanadium oxalate is added, it is converted to V 2 O 5 . In some cases, the catalyst contained in the catalyst suspension is converted to its oxidized form when heated. Ammonium dihydrogen phosphate is converted to P 2 O 5 and is present in the active substance as it is. In this case, an aqueous mixed metal oxide is generally prepared and used as a raw material supply source in the production of the catalyst suspension, since crystal water is generally lost during the heat treatment of the catalyst and the crystal structure thereof is changed in some cases.

촉매 현탁액에 사용된 원료 공급원의 전환반응은 바람직하게는 200 내지 500℃의 온도에서 특히 바람직하게는 300 내지 500℃ 범위에서 일어난다. The conversion reaction of the feed source used in the catalyst suspension takes place preferably at a temperature of from 200 to 500 ° C, particularly preferably in a range of from 300 to 500 ° C.

불활성 담체 재료의 형태는 본 발명에 따른 촉매의 성능에 따라 달라지지 않지만, 종래기술에서 구형 또는 고리형의 성형체가 유리한 것으로 밝혀져 있다. The form of the inert carrier material does not depend on the performance of the catalyst according to the invention, but it has been found that spherical or annular shaped bodies are advantageous in the prior art.

활성체의 층 두께 또는 활성체를 함유하는 쉘의 전체 층 두께는 일반적으로 20 내지 400㎛ 이고 촉매대 내 본 발명에 따른 촉매의 층에 따라 달라진다. The layer thickness of the active material or the total layer thickness of the shell containing the active is generally between 20 and 400 탆 and depends on the layer of the catalyst according to the invention in the catalyst bed.

놀랍게도 개선된 촉매를 얻기 위해 사용된 혼합 금속 산화물로부터 촉매 현탁액의 서로 다른 성분들을 공간적으로 분리하는 것은 일반적으로 불필요한 것으로 밝혀졌다. 촉매 현탁액에 사용된 모든 성분은 일반적으로 해당 혼합 금속 산화물과 혼합 또는 배합하는 동시에 혼합된 현탁액을 불활성 담체에 도포한다. 서로 다른 조성의 촉매 현탁액을 순차적으로 불활성 세라믹 담체에 도포할 수도 있는데, 적어도 하나 이상의 층이 본 발명에 따른 촉매를 함유하므로 본 발명에 따른 개선된 촉매가 얻어질 수 있다. It has surprisingly been found that it is generally unnecessary to spatially separate the different components of the catalyst suspension from the mixed metal oxides used to obtain the improved catalyst. All components used in the catalyst suspension are generally mixed with or mixed with the mixed metal oxide, and at the same time the mixed suspension is applied to an inert carrier. Catalyst suspensions of different compositions may be sequentially applied to the inert ceramic carrier, but the improved catalyst according to the present invention can be obtained because at least one of the layers contains the catalyst according to the present invention.

이외에, 이산화티탄, 바나듐 화합물 및 바람직하게는 알칼리금속 화합물을 함유하는 본 발명에 따르지 않는 촉매 현탁액을 먼저 분리하고 경우에 따라 열처리한 후, 생성된 분말을 일반적으로 그 전에 적어도 이산화티탄, 바나듐 화합물 및 적어도 혼합 금속 산화물 또는 그의 전구체 화합물로 구성된 촉매 현탁액으로부터 얻어진 분말과 재차 혼합(바람직하게는 수중에서)하여 제조되는 개선된 촉매도 가능하다. 이러한 새로운 촉매 현탁액은 단독으로 불활성 세라믹 담체 상에 층으로서 도포하거나 본 발명에 따르는 다른 코팅-층 또는 본 발명에 따르지 않는 다른 코팅-층과 조합하여 사용할 수도 있다.In addition, catalyst suspensions which are not in accordance with the invention, which contain titanium dioxide, vanadium compounds and preferably alkali metal compounds, are first separated and, optionally after heat treatment, the resulting powders are generally preceded by at least titanium dioxide, vanadium compounds and Improved catalysts are also possible which are prepared by mixing again (preferably in water) with powders obtained from a catalyst suspension composed of at least a mixed metal oxide or a precursor thereof. These new catalyst suspensions may be applied alone as a layer on an inert ceramic carrier or in combination with other coating-layers according to the invention or other coating-layers not according to the invention.

본 발명에 따른 촉매는 일반적으로 부분 기상 산화반응에 의해 방향족 탄화수소로부터 알데히드, 카르복실산 또는 카르복실산 무수물을 제조하기 위해 사용된다. 상기 촉매는 특히 o-크실렌 또는 나프탈렌을 분자 산소 함유 기체로 프탈산 무수물로 기상 산화반응시키는데 적합하다. The catalysts according to the invention are generally used for the production of aldehydes, carboxylic acids or carboxylic acid anhydrides from aromatic hydrocarbons by partial gas phase oxidation. The catalyst is particularly suitable for the vapor phase oxidation of o-xylene or naphthalene with phthalic anhydride as a molecular oxygen-containing gas.

이미 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매는 상기 목적을 위해 촉매 적층체 단독으로 또는 다른 다양한 활성 촉매, 예를 들면 종래기술의 촉매들(혼합 금속 산화물 성분을 포함하지 않은 오산화바나듐/아나타제-기재)과 조합하여 사용할 수 있다.As already mentioned, the catalyst according to the invention can be used for this purpose, either alone or in combination with other various active catalysts, for example catalysts of the prior art (vanadium pentoxide / anatase- ) Can be used in combination.

서로 다른 본 발명에 따른 촉매와 본 발명에 따르지 않는 촉매를 일반적으로 적어도 하나 이상의 촉매대에 배치되는 분리된 촉매 적층체에 사용한다. 이때 기체 유입부에 가장 가까운 층으로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 층 중에서 기체 유입부에 가장 가까운 층에 본 발명에 따른 촉매를 사용하는 것이 매우 좋다. Catalysts according to the present invention and catalysts according to the present invention which are not according to the invention are generally used in separate catalyst laminates disposed in at least one catalyst bed. It is very good to use the catalyst according to the present invention in the layer closest to the gas inlet among the layers from the layer closest to the gas inlet to the layer having the highest point.

본 발명에 따른 촉매를 가장 높은 열점을 가진 층 다음에 위치하는 촉매 층과 기체 배출부에 가까이 위치한 층에 사용하는 경우 역시 긍정적인 효과를 갖지만 선택성과 관련하여 기체 유입부에 가까이 위치한 층에 본 발명에 따른 촉매를 사용하는 경우에 비해 활성이 명백히 적다. 본 발명에 따른 촉매 및 그의 전구체 촉매는 반응기의 반응관 내에 층상으로 충전된다. 이 경우, 본 발명에 따른 촉매와 본 발명에 따르지 않는 촉매로 서로 다른 층들을 구성할 수 있다.The use of the catalyst according to the present invention in the catalyst layer positioned next to the layer with the highest hot spot and in the layer located close to the gas outlet also has a positive effect, but with respect to selectivity, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; catalyst. &Lt; / RTI &gt; The catalyst according to the invention and its precursor catalyst are packed in layers in the reaction tube of the reactor. In this case, the different layers can be constituted by the catalyst according to the present invention and the catalyst according to the present invention.

적어도 하나 이상의 본 발명에 따른 촉매와 적어도 하나 이상의 본 발명에 따르지 않는 촉매로 이루어진 혼합물의 적층체를 층으로 사용하고 이 적층체를 단독으로 또는 본 발명에 따른 촉매 및 본 발명에 따르지 않은 촉매로 이루어진 다른 촉매층과 조합하여 사용하는 것도 가능할 수 있다. A laminate of a mixture of at least one catalyst according to the invention and at least one catalyst according to the invention is used as a layer and this layer is used alone or in combination with a catalyst according to the invention and a catalyst according to the invention It may be possible to use it in combination with other catalyst layers.

상기 반응관은 일반적으로 관을 둘러싸고 있는 용융염에 의해 외부로부터 온도 조절된다. The reaction tube is generally temperature controlled from the outside by a molten salt surrounding the tube.

촉매가 채워진 반응관을 구비한 반응기를 가열시 및 고유의 촉매활성을 가진 촉매 전구체로부터 생성된 촉매의 후속 열처리시 그 내부에서는 유기 바인더가 소성되고 촉매 현탁액에서 사용된 원료 공급원들은 일반적으로 상응하는 산화물로 전환된다. 상기 혼합 금속 화합물의 형태에 따라 화학적 조성 및 결정 구조가 변할 수도 있다.Upon heating the reactor with the catalyst-filled reaction tube and subsequent heat treatment of the catalyst resulting from the catalyst precursor with inherent catalytic activity, the organic binder is calcined therein and the feedstocks used in the catalyst suspension are generally oxidized to the corresponding oxides . The chemical composition and crystal structure may vary depending on the type of the mixed metal compound.

이렇게 열처리된 적어도 하나 이상의 본 발명에 따른 촉매로 구성된 적층체에 반응기체는 250-550℃의 온도, 특히 330 내지 500℃ 및 통상 0.1 내지 2.5 bar, 바람직하게는 0.3 내지 1.5 bar의 압력으로 도입되며 공간속도(space velocity)는 통상 1000 내지 5000 h(-1)이다. In the laminate composed of at least one catalyst according to the present invention thus heat treated, the reactive gas is introduced at a temperature of 250-550 DEG C, especially 330-500 DEG C, and usually at a pressure of 0.1-2.5 bar, preferably 0.3-1.5 bar The space velocity is typically 1000 to 5000 h (-1).

상기 촉매로 도입되는 반응기체는 통상적으로 분자 산소 함유 기체, 바람직하게는 공기의 혼합을 통해 산소가 적절한 반응제어 또는 증기, 질소 또는 이산화탄소와 같은 희석제를 함유할 수 있고 산화시킬 방향족 탄화수소와 혼합되는데, 상기 분자 산소 함유 기체는 통상 1 내지 100 부피% 및 특히 바람직하게는 10 내지 30 부피%의 산소, 0 내지 30 부피%의 수증기, 바람직하게는 0 내지 20 부피%의 수증기 및 0 내지 50 부피%, 바람직하게는 0 내지 1 중량%의 이산화탄소, 잔량의 질소를 함유할 수 있다. 반응기체를 형성하기 위해 분자 산소 함유 기체는 일반적으로 산화시킬 방향족 탄화수소의 Nm3 당 20 내지 200g, 특히 바람직하게는 Nm3 당 60 내지 120g으로 혼합된다. The reactive gas introduced into the catalyst is typically mixed with a molecular oxygen-containing gas, preferably air, through which the oxygen may contain an appropriate reaction control or diluent such as steam, nitrogen or carbon dioxide and is mixed with an aromatic hydrocarbon to be oxidized, The molecular oxygen-containing gas generally comprises 1 to 100% by volume and particularly preferably 10 to 30% by volume of oxygen, 0 to 30% by volume of water vapor, preferably 0 to 20% by volume of water vapor and 0 to 50% Preferably 0 to 1% by weight of carbon dioxide, and the balance of nitrogen. To form the reaction gas, the molecular oxygen-containing gas is generally mixed with 20 to 200 g per Nm 3 of aromatic hydrocarbons to be oxidized, particularly preferably 60 to 120 g per Nm 3 .

방향족 탄화수소를 알데히드, 카르복실산 또는 카르복실산 무수물로 부분 산화반응시키는 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 특히 바람직하게는 o-크실렌 또는 나프탈렌을 프탈산 무수물로 산화시키기 위해 상기 방향족 탄화수소를 먼저 본 발명에 따른 촉매 적층체에서 일부만 출발물질, 중간생성물 및 최종 생성물로 이루어진 반응 혼합물로 전환시키고, 상기 혼합물을 경우에 따라 본 발명에 따르는 촉매 또는 종래 기술에 해당하는 촉매 중 적어도 하나 이상의 추가적인 촉매에 의해 전환시킨다. In a preferred embodiment of the process for partial oxidation of aromatic hydrocarbons with aldehydes, carboxylic acids or carboxylic acid anhydrides, the aromatic hydrocarbons are first preferentially added to the present invention in order to oxidize o-xylene or naphthalene to phthalic anhydride In the catalytic laminate according to the invention, into a reaction mixture consisting of the starting material, an intermediate product and an end product, and the mixture is optionally converted by a catalyst according to the invention or a catalyst according to the prior art, .

이러한 반응은 하나 이상의 반응기에 의해 수행될 수 있는데, 각각의 반응기는 서로 다른 반응온도로 일정하게 조절될 수 있고 적어도 하나 이상의 촉매층을 가진 적어도 하나 이상의 촉매 적층체를 포함한다. 적어도 하나 이상의 반응기가 본 발명에 따른 촉매를 구비한 층을 포함하고 있다면 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 충분하다. This reaction can be carried out by one or more reactors, each reactor comprising at least one catalyst laminate which can be adjusted to different reaction temperatures and which has at least one catalyst layer. It is sufficient to carry out the process according to the invention if at least one reactor comprises a layer with a catalyst according to the invention.

o-크실렌으로부터 프탈산 무수물을 제조하기 위해, 본 발명에 따른 촉매를 구비한 하나 또는 그 이상의 촉매층을 통과한 후 부분 전환된 반응기체는 원하는 생성물인 프탈산 무수물 외에 실질적인 양의 미전환된 o-크실렌과 예를 들면 o-톨릴알데히드, o-톨릴산 및 프탈라이드와 같은 중간생성물도 포함하게 된다. To prepare the phthalic anhydride from o-xylene, the partially converted reactant gas after passing through one or more catalyst beds with the catalyst according to the present invention is reacted with a substantial amount of unconverted o-xylene in addition to the desired product phthalic anhydride For example, intermediate products such as o-tolyl aldehyde, o-tolyl acid and phthalide.

이어서, 상기 생성물 혼합물은 일반적으로 추가적인 분리없이 적어도 하나 이상의 촉매층 상에 도달하여 그 화학적 조성과 활성과 관련하여 본 발명에 따른 촉매로부터 구별되어 원료가 완전히 프탈산 무수물로 전환되거나 미산화물이 산화되어 프탈산 무수물로 전환된다. The product mixture is then generally separated from the catalyst according to the present invention in terms of its chemical composition and activity, reaching on at least one catalyst layer without further separation and the raw material is completely converted to the phthalic anhydride or the non- .

또한 반응기체가 적어도 하나 이상의 다른 촉매 적층체로 도입되기 전에 본 발명에 따른 촉매를 구비한 촉매 적층체를 통과한 후 미전환 o-크실렌을 분리할 수 있다. 이러한 변형예는 비용이 상대적으로 크지만 기술적으로 실현할 수 있다.It is also possible to separate the unconverted o-xylene after passing through a catalyst laminate with the catalyst according to the invention before the reaction gas is introduced into at least one or more other catalyst laminates. Such a modification is technically feasible though the cost is relatively large.

따라서 출발물질 또는 중간생성물을 분리하지 않고 반응 혼합물을 더 많은 촉매층으로 통과시키는 것이 바람직한데, 이 촉매층 중 적어도 하나 이상에서 기체 유입부 가까이 위치해 있는 층(들)이 본 발명에 따른 촉매의 적층체를 함유하는 것이 바람직하다. It is therefore desirable to pass the reaction mixture to more catalyst beds without separating the starting material or the intermediate product, wherein the layer (s) located near the gas inlet in at least one of the catalyst beds is a layer of the catalyst according to the invention .

본 발명에 따른 촉매는 일반적으로 적어도 하나 이상 또는 그 이상의 촉매층과 함께 사용되는데, 기체 유입부로부터 가장 높은 열점을 가진 층에 이르는 모든 촉매층 중 적어도 어느 하나 이상은 본 발명에 따른 촉매를 함유하고 통상적으로 V2O5로 나타내는 오산화바나듐 1 내지 40 중량%, TiO2로 나타내는 이산화티탄 50 내지 99 중량%, 알칼리금속으로 나타내는 알칼리금속 화합물 1 중량% 이하, P로 나타내는 인 화합물 1.5 중량% 이하, Sb2O3로 나타내는 안티몬 화합물 10 중량% 이하 및 은과 적어도 하나 이상의 상술한 원소와의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물 15 중량% 이하 또는 바나듐과 적어도 하나 이상의 상술한 원소와의 적어도 하나 이상의 혼합 원소 산화물 10 중량% 이하로 구성된다. The catalyst according to the present invention is generally used in combination with at least one or more catalyst layers wherein at least one or more of all the catalyst layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot contain the catalyst according to the invention, V 2 O vanadium pentoxide represented by 51 to 40% by weight, 50 to 99% by weight of titanium dioxide represented by TiO 2, 1% by weight of an alkali metal compound represented by the alkali metal or less, the phosphorus compound of 1.5% by weight or less represented by P, Sb 2 O 3 and at least one mixed oxide of at least one element selected from the group consisting of silver and at least one of the above-mentioned elements, 15 wt% or less of the mixed element oxide, or vanadium and at least one of the above- % Or less.

이렇게 조합 사용된 촉매는 일반적으로 기체 배출부 가까이 위치한 층에 사사용되고 가장 높은 열점을 가진 층의 후방에 있는 층에도 사용되며, 적어도 이산화티탄/V2O5를 기재로 하는 본 발명에 따르지 않은 촉매는 은 또는 바나듐의 혼합 원소 산화물을 전혀 함유하지 않는다. 모든 층에서 본 발명에 따른 촉매를 배제하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 상기 촉매들은 일반적으로 활성체 내 존재하는 혼합 금속 산화물의 형태와 함량에 따라 서로 구별된다. The catalyst thus used in combination is generally used in the layer located near the gas outlet and also in the layer behind the layer with the highest hot spot, and at least a catalyst not according to the invention based on titanium dioxide / V 2 O 5 Does not contain any mixed oxide of silver or vanadium. The catalyst according to the present invention may be excluded from all layers. In this case, the catalysts are generally distinguished from each other depending on the form and content of the mixed metal oxide present in the active material.

본 발명에 따른 촉매와 조합하여 사용되는 본 발명에 따르지 않은 촉매는 일반적으로 종래기술에 따라 이산화티탄-함량 60-99 중량%, 산화바나듐-함량 1 내지 40중량%, 알칼리금속 함량 1 중량% 이하, 인 함량 1.5 중량% 이하 및 안티몬 함량10 중량% 이하를 포함한다. Catalysts which are not used in accordance with the invention in combination with the catalyst according to the invention generally have a titanium dioxide content of 60 to 99% by weight, a vanadium oxide content of 1 to 40% by weight, an alkali metal content of 1% , A phosphorus content of 1.5 wt% or less, and an antimony content of 10 wt% or less.

상술한 조성에 본 발명에 따른 촉매 및 본 발명에 따르지 않는 촉매의 활성체는 활성 및 선택성을 증대시키기 위해 소량의 산화성 화합물을 더 포함할 수 있다. The catalyst of the present invention and the catalyst of the catalyst not in accordance with the present invention may further contain a small amount of an oxidizing compound in order to increase activity and selectivity.

실시예Example

촉매의 제조Preparation of Catalyst

각종 촉매 현탁액의 성분을 용액 또는 분말로서 탈이온수에 순차적으로 첨가하고 그 결과 생성되는 현탁액을 바람직하게는 12시간 이상 교반하였다. 본 발명에 따른 촉매에 함유되는 성분에 대한 공급원으로서 바람직하게는 아나타제형 이산화티탄, V2O5 또는 옥살산 바나듐, 황산세슘, 인산이수소암모늄, 삼산화안티몬, 바나듐산비스무트 및 바나듐산은, 몰리브덴산은, 텅스텐산은 또는 기타 은과 바나듐의 혼합 금속 산화물을 사용하였다.The components of the various catalyst suspensions are added sequentially to deionized water as a solution or powder and the resulting suspension is stirred for preferably at least 12 hours. As the supply source for the components contained in the catalyst according to the present invention, anatase type titanium dioxide, V 2 O 5 or vanadium oxalate, cesium sulfate, ammonium dihydrogenphosphate, antimony trioxide, bismuth vanadium oxide and vanadium oxide, A mixed metal oxide of tungstic acid silver or other silver and vanadium was used.

이후, 유기 바인더를 비닐아세테이트-공중합체의 수성 분산액의 형태로 수성 촉매 현탁액에 첨가하고 대략 총 20 내지 25%의 현탁액을 30분간 추가 교반하였다.The organic binder was then added to the aqueous catalyst suspension in the form of an aqueous dispersion of the vinyl acetate-copolymer and approximately 20 to 25% of the total suspension was further stirred for 30 minutes.

이후, 소정량의 접착제 함유 현탁액을 도포하기 전까지, 불활성 담체(7 x 7 x 4mm 또는 8 x 6 x 5mm 치수를 갖는 고리형 스테아타이트로 구성) 상에 활성체 또는 그 전구체 화합물 및 유기 바인더를 함유하는 적량의 수성 현탁액을 분무법으로 도포하고 소성한 후 실시예에 기재된 활성체를 수득하였다.Thereafter, the active material or its precursor compound and the organic binder are mixed and dispersed on an inert carrier (composed of cyclic stearate having a size of 7 x 7 x 4 mm or 8 x 6 x 5 mm) until a predetermined amount of the adhesive-containing suspension is applied. The resulting aqueous suspension was applied by spraying and fired to obtain the active material described in the examples.

활성체 함량(바인더를 포함하지 않은 촉매 활성체의 비율)은 각 400℃에서 4시간 소성 후 측정되는 것으로, 각 촉매층에서 담체를 포함하여 촉매 전체 중량에 대한 촉매 활성체의 비율을 말한다. The active material content (the ratio of the catalyst active substance not including the binder) is measured after each calcination at 400 ° C for 4 hours, and it refers to the ratio of the catalytic active to the total weight of the catalyst including the carrier in each catalyst layer.

상기 언급된 인 함량은 촉매 현탁액 제조시 첨가되는 인 화합물의 양에 해당한다. 사용된 TiO2가 인 화합물에 의해 얼마나 불순하게 되는지에 따라 활성체 중 실제 인 함량은 변할 수 있음은 당업자에게 알려져 있다.
The above-mentioned phosphorus content corresponds to the amount of the phosphorus compound added in preparing the catalyst suspension. It is known to those skilled in the art that the actual phosphorus content in the activator may vary depending on how impure the TiO 2 used is by the phosphorus compound.

산화 반응Oxidation reaction

염조로 둘러싸여지고 직경 25mm, 길이 3.7m인 철제 반응관을 구비한 반응기에 해당 다층 촉매계를 첨가하고, 여기에 기재된 실시예에서 R1-층은 기체 유입부에 가장 가까이 위치해 있는 층이고, R4-층 또는 R5-층은 기체 배출부에 가장 가까이 위치해 있는 층이다. Layer reactor system in which the R1-layer is the closest layer to the gas inlet, and the R4-layer is the &lt; RTI ID = 0.0 &gt; Or R5-layer is the layer closest to the gas outlet.

반응기에는 온도 측정을 위해 부속장치를 구비한 직경이 2mm인 열 슬리브를 중심부에 설치하였다. 340-380℃의 염조 온도에서 반응관을 통하여 4 Nm3의 공기를 하방으로 시간마다 도입하였고, 공기 Nm3 당 약 30-70g의 크실렌을 적하하였다. The reactor was equipped with a thermal sleeve having a diameter of 2 mm with an accessory for temperature measurement in the center. 4 Nm 3 of air was introduced downward through the reaction tube at a bath temperature of 340-380 ° C, and air Nm 3 About 30-70 g of xylene was added dropwise.

촉매 성능 데이터 측정을 위하여, 반응관으로부터 유출되는 반응기체는 오일 냉각된 응축기를 통해 도입시켰고, 이때 특히 생성된 프탈산 무수물은 완전히 분리하였고 벤조산, 말레인산 무수물 및 프탈라이드와 같은 부산물은 부분적으로만 분리하였다. 응축기에서 분리된 원료-PSA는 고온의 오일에 의하여 용융시켰고, 수거한 후 계량한 다음, 프탈산 무수물의 함량을 GC-분석으로 측정하였다.For the catalyst performance data measurement, the reaction gas exiting the reaction tube was introduced through an oil-cooled condenser where the resulting phthalic anhydride was completely separated and the byproducts such as benzoic acid, maleic anhydride and phthalide were only partially separated . The raw material-PSA separated from the condenser was melted by high-temperature oil, collected and weighed, and the content of phthalic anhydride was measured by GC-analysis.

실시예에서 언급하고 있는 원료-PSA 수율은 다음과 같이 계산하였다:The raw material-PSA yields mentioned in the examples were calculated as follows:

원료-Raw material- PSAPSA 수율(중량%) = [원료- Yield (% by weight) = [Raw material - PSAPSA 양(g) x 원료- Quantity (g) x Raw material - PSAPSA 순도(%)]/[o-크실렌 유입량(g) x o-크실렌 순도(%)] Purity (%)] / [o-xylene inflow (g) x o-xylene purity (%)]

이렇게 측정한 고체 PSA의 수율은 그 안에 함유된 부산물을 배제함에도 불구하고 원료-PSA 수율로 표시하는데, 일반적으로 전열처리 및 증류 재처리 후 형성되는 생성물을 PSA 순도로서 표현하기 때문이다. 이 또한 당업자에게 공지되어 있다.The yield of the solid PSA thus measured is expressed by the raw material-PSA yield, even though the by-products contained therein are excluded, since the PSA purity is generally expressed as the product formed after the pretreatment and the distillation reprocessing. Are also known to those skilled in the art.

각각의 경우 o-크실렌의 전환은 거의 100%이므로 이렇게 측정된 원료-수율은 촉매계의 선택성과 직접적인 관계가 있다.
Since the conversion of o-xylene in each case is almost 100%, the raw material-yield thus measured is directly related to the selectivity of the catalyst system.

실시예Example 1( One( 비교예Comparative Example ):):

촉매계Catalyst system A(4층) A (4th floor)

이 촉매계는 실질적으로 4개의 서로 다른 층을 가진 다층계이다. 이 비교 촉매의 각각의 적층체는 은의 혼합 원소 산화물을 전혀 함유하고 있지 않다. This catalyst system is a multi-layer system having substantially four different layers. Each of the laminates of this comparison catalyst contains no mixed element oxide of silver.

조성(중량%)
길이
Composition (% by weight)
Length
제1층(열점)
147cm
The first layer (hot spot)
147cm
제2층
45cm
Second layer
45cm
제3층
70cm
Third Floor
70cm
제4층
70cm
Fourth floor
70cm
V2O5 V 2 O 5 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 0.310.31 -- -- -- CsCs 0.370.37 0.200.20 0.100.10 0.050.05 PP 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 8.38.3 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 50 내지 65g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4 Nm3의 공기량 및 344 내지 347℃의 SBT에서 실시예 1에 기재된 촉매계 A를 시험하였다. 도입 후 113.4 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.01 중량%이었다.
Air Nm 3 It was tested per the catalyst A described in Example 1 at 50 to 65g of the SBT dropped o- xylene and 4 Nm 3 total amount of air and 344 to 347 ℃ per hour. After the introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 113.4 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.01 wt%.

실시예Example 2(본 발명): 2 (invention):

촉매계Catalyst system B(4층) B (4th floor)

조성(중량%)
길이
Composition (% by weight)
Length
제1층 (열점)
140cm
The first layer (hot spot)
140cm
제2층
45cm
Second layer
45cm
제3층
70cm
Third Floor
70cm
제4층
70cm
Fourth floor
70cm
V2O5 V 2 O 5 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 0.310.31 -- -- -- AgVO3 AgVO 3 0.170.17 -- -- -- CsCs 0.400.40 0.200.20 0.100.10 0.050.05 PP 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 8.68.6 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 58 내지 63g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4.0 Nm3의 공기량 및 346 내지 352℃의 SBT에서 실시예 2에 기재된 촉매계 B를 시험하였다. 도입 후 114.0 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.06 중량%이었다.
Air Nm 3 An o- xylene of 58 to 63g per test was added dropwise and the catalyst B described in Example 2 from the SBT of air and 346 to 352 of the total ℃ 4.0 Nm 3 per hour. After the introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 114.0 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.06 wt%.

실시예Example 3(본 발명): 3 (invention):

촉매계Catalyst system C(4층) C (4th floor)

조성(중량%)
길이
Composition (% by weight)
Length
제1층(열점)
140cm
The first layer (hot spot)
140cm
제2층
45cm
Second layer
45cm
제3층
70cm
Third Floor
70cm
제4층
70cm
Fourth floor
70cm
V2O5 V 2 O 5 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 0.310.31 -- -- -- AgVO3 AgVO 3 0.340.34 -- -- -- CsCs 0.420.42 0.200.20 0.100.10 0.050.05 PP 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 8.78.7 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 58 내지 65g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4.0 Nm3의 공기량 및 346 내지 347℃의 SBT에서 실시예 3에 기재된 촉매계 C를 시험하였다. 도입 후 115.3 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.04 중량%이었다.
Air Nm 3 An o- xylene of 58 to 65g per test was added dropwise and the catalyst C described in Example 3 in the amount of air SBT and 346 to 347 of the total ℃ 4.0 Nm 3 per hour. After the introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 115.3 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.04 wt%.

실시예Example 4(본 발명): 4 (invention):

촉매계Catalyst system D(4층) D (4th floor)

조성(중량%)
길이
Composition (% by weight)
Length
제1층(열점)
145cm
The first layer (hot spot)
145cm
제2층
45cm
Second layer
45cm
제3층
70cm
Third Floor
70cm
제4층
70cm
Fourth floor
70cm
V2O5 V 2 O 5 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 0.310.31 -- -- -- Ag2WO4 Ag 2 WO 4 0.390.39 -- -- -- CsCs 0.400.40 0.200.20 0.100.10 0.050.05 PP 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 8.78.7 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 57 내지 69g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4.0 Nm3의 공기량 및 346 내지 348℃의 SBT에서 실시예 4에 기재된 촉매계 D를 시험하였다. 도입 후 113.9 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.02 중량%이었다.
Air Nm 3 57 to 69 grams of o-xylene per hour were dripped and the total amount of air per hour of 4.0 Nm &lt; 3 &gt; per hour and the catalyst system D described in Example 4 at SBT from 346 to 348 deg. After the introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 113.9 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.02 wt%.

실시예Example 5(본 발명): 5 (invention):

촉매계Catalyst system E(4층) E (4th floor)

조성(중량%)

길이
Composition (% by weight)

Length
제1층(열점)
8 x 6 x 5mm
140cm
The first layer (hot spot)
8 x 6 x 5mm
140cm
제2층
7 x 7 x 4mm
45cm
Second layer
7 x 7 x 4mm
45cm
제3층
7 x 7 x 4mm
70cm
Third Floor
7 x 7 x 4mm
70cm
제4층
7 x 7 x 4mm
70cm
Fourth floor
7 x 7 x 4mm
70cm
V2O5 V 2 O 5 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 0.310.31 -- -- -- Ag2MoO4 Ag 2 MoO 4 0.160.16 -- -- -- CsCs 0.400.40 0.200.20 0.100.10 0.050.05 PP 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 8.68.6 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 52 내지 62g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4.0 Nm3의 공기량 및 347 내지 348℃의 SBT에서 실시예 5에 기재된 촉매계 E를 시험하였다. 도입 후 114.2 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.01 중량%이었다.
Air Nm 3 An o- xylene of 52 to 62g per test was added dropwise, and the catalyst E described in Example 5 in the amount of air SBT and 347 to 348 of the total ℃ 4.0 Nm 3 per hour. After the introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 114.2 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.01 wt%.

실시예Example 6( 6 ( 비교예Comparative Example ):):

촉매계Catalyst system F(5층) F (5th floor)

조성(중량%)
길이
Composition (% by weight)
Length
제1층
45cm
The first layer
45cm
제2층(열점)
95cm
Second layer (hot spots)
95cm
제3층
50cm
Third Floor
50cm
제4층
65cm
Fourth floor
65cm
제5층
70cm
Fifth floor
70cm
V2O5 V 2 O 5 5.05.0 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 2.52.5 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 0.310.31 0.310.31 -- -- -- CsCs 0.360.36 0.420.42 0.210.21 0.100.10 0.050.05 PP 0.030.03 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 8.88.8 7.87.8 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 58 내지 61g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4 Nm3의 공기량 및 350 내지 354℃의 SBT에서 실시예 6에 기재된 촉매계 F를 시험하였다. 도입 후 113.1 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.01 중량%이었다.Air Nm 3 58 to 61 grams of o-xylene were dripped and a total of 4 Nm &lt; 3 &gt; of air was added per hour and the catalyst system F described in Example 6 was tested at SBT of 350 to 354 [deg.] C. After the introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 113.1 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.01 wt%.

실시예 7(본 발명):Example 7 (invention):

촉매계Catalyst system G(5층) G (5th floor)

조성(중량%)
길이
Composition (% by weight)
Length
제1층
50cm
The first layer
50cm
제2층(열점)
90cm
Second layer (hot spots)
90cm
제3층
45cm
Third Floor
45cm
제4층
70cm
Fourth floor
70cm
제5층
70cm
Fifth floor
70cm
V2O5 V 2 O 5 4.04.0 5.05.0 7.77.7 8.58.5 15.015.0 Sb2O3 Sb 2 O 3 0.20.2 2.52.5 2.22.2 2.42.4 0.50.5 BiVO4 BiVO 4 -- 0.310.31 -- -- -- AgVO3 AgVO 3 -- 0.170.17 -- -- -- CsCs 0.280.28 0.400.40 0.210.21 0.100.10 0.050.05 PP -- 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.100.10 TiO2 TiO 2 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% 잔량: 100%까지Remaining: Up to 100% AM 비율AM ratio 6.96.9 7.87.8 8.48.4 8.48.4 8.08.0

공기 Nm3 당 58 내지 75g의 o-크실렌을 적하하고 시간 당 총 4 Nm3의 공기량 및 348 내지 350℃의 SBT에서 실시예 6에 기재된 촉매계 G를 시험하였다. 도입 후 114.8 중량%의 평균 원료-PSA-수율(100% o-크실렌 순도 기준)을 얻었고 원료-PSA 내 프탈라이드 함량은 0.03 중량%이었다.Air Nm 3 58 to 75 grams of o-xylene were dripped and a total of 4 Nm &lt; 3 &gt; of air was added per hour and the catalyst system G described in Example 6 was tested at SBT at 348 to 350 &lt; 0 &gt; C. After introduction, an average raw material -PSA-yield (based on 100% o-xylene purity) of 114.8 wt% was obtained and the phthalide content in the raw material-PSA was 0.03 wt%.

본 발명에 따른 촉매의 성능 데이터The performance data of the catalyst according to the present invention 촉매계Catalyst system 염조 온도(℃)Bath temperature (℃) Φ-원료-PSA-수율
(도입단계 후)(중량%)
Φ - raw material - PSA - yield
(After the introduction step) (% by weight)
Φ 원료-PSA 중 프탈라이드 함량(중량%)Butylphthalide content (% by weight) of the raw material Φ -PSA
A(비교예)A (comparative example) 344-347344-347 113.4113.4 0.010.01 BB 346-352346-352 114.0114.0 0.060.06 CC 346-347346-347 115.3115.3 0.040.04 DD 346-348346-348 113.9113.9 0.020.02 EE 347-348347-348 114.2114.2 0.010.01 F(비교예)F (comparative example) 350-354350-354 113.1113.1 0.010.01 GG 348-350348-350 114.8114.8 0.030.03

실시예 2 내지 5 및 비교예 1의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 촉매 제조용 촉매 현탁액을 제조하기 위한 원료 공급원으로서 은의 혼합 원소 산화물을 기체 유입부에 가장 가까운 제1층에 사용하였더니 선택성이 명백히 증대되었다. As can be seen from the comparison of Examples 2 to 5 and Comparative Example 1, silver oxide was used as the raw material supply source for preparing the catalyst suspension for catalyst preparation, and the first layer nearest to the gas inlet portion was used. .

실시예 7과 비교예 6의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 열점-촉매층의 활성체 내 바나듐산은을 사용하였더니 첨가시 제1촉매층 후방의 촉매층 중 적어도 하나 이상의 층에서 선택성이 증대되었다. As can be seen from the comparison between Example 7 and Comparative Example 6, when vanadium acid silver in the active ingredient of the hot spot-catalyst layer was used, the selectivity of at least one of the catalyst layers behind the first catalyst layer was increased.

Claims (38)

촉매 기상 산화반응에 의해 방향족 탄화수소로부터 알데히드, 카르복실산 또는 카르복실산 무수물을 형성하기 위한 촉매로서,
상기 촉매의 활성체가 산화바나듐, 이산화티타늄 및 은의 혼합 원소 산화물을 포함하며,
상기 은의 혼합 원소 산화물이 하기 일반식(I)을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매:
AgxMyNzOn (일반식 1)
상기 식에서,
Ag = 은,
x = 0.01 내지 100,
M = Li, Na, K, Rb, Cs, P, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소,
y = 0 내지 1,
N = V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn, Pb, B, Al, Bi, Sb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, La로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소,
z = 1,
O = 산소,
n = 일반식 I에서 산소와 다른 원소의 결합가 및 빈도에 의해 결정되는 수이며,
상기 촉매를 제조할 때 하나 이상의 은의 혼합 원소 산화물과 하나 이상의 은의 혼합 원소 산화물 전구체 화합물을 원료 공급원으로서 사용하는 것이 특징인 촉매이며,
상기 활성체가 0.01 내지 15 중량%의 은 혼합 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매.

As a catalyst for forming an aldehyde, a carboxylic acid or a carboxylic anhydride from an aromatic hydrocarbon by a catalytic gas phase oxidation reaction,
Wherein the active substance of the catalyst comprises a mixed element oxide of vanadium oxide, titanium dioxide and silver,
Wherein the silver mixed element oxide comprises the following general formula (I): &lt; EMI ID =
Ag x M y N z O n (general formula 1)
In this formula,
Ag =
x = 0.01 to 100,
M is an element selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, P, Mg, Ca, Sr,
y = 0 to 1,
N, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn, Pb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, and La,
z = 1,
O = oxygen,
n = a number determined by the bond and frequency of oxygen and other elements in the general formula I,
Characterized in that, when preparing the catalyst, at least one mixed element oxide of at least one silver and at least one silver mixed element oxide precursor compound is used as a feed source,
Wherein the active material comprises from 0.01 to 15% by weight of a silver mixed metal oxide.

제1항에 있어서, 상기 활성체가 0.01 내지 10 중량%의 은 혼합 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매. The catalyst according to claim 1, wherein the activator comprises 0.01 to 10% by weight of a silver mixed metal oxide. 제1항에 있어서, 상기 활성체가 0.01 내지 5 중량%의 은 혼합 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매. The catalyst according to claim 1, wherein the activator comprises 0.01 to 5% by weight of a silver mixed metal oxide. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 은의 혼합 원소 산화물이 바나듐, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 티탄, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 카드뮴, 금, 주석, 지르코늄, 안티몬, 비소, 세륨, 란탄, 비스무트, 하프늄, 납, 붕소, 알루미늄, 루테늄, 레늄, 팔라듐, 로듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 추가적인 원소와의 혼합 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 촉매. The method of claim 1, wherein the at least one elemental silver oxide is selected from the group consisting of vanadium, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, chromium, titanium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, cadmium, gold, tin, zirconium, Wherein the catalyst is a mixed metal oxide with at least one additional element selected from the group consisting of arsenic, cerium, lanthanum, bismuth, hafnium, lead, boron, aluminum, ruthenium, rhenium, palladium and rhodium. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 촉매의 제조시 원료 공급원으로서 사용되는 하나 이상의 은 혼합 원소 산화물 및 상기 혼합 원소 산화물의 혼합 원소 산화물-전구체 화합물의 반응 혼합물로부터 촉매 제조시 원료 공급원으로서 사용하기 전에 미리 분리되거나 상기 반응 혼합물이 촉매 제조시 원료 공급원으로서 직접 사용되는 것을 특징으로 하는 촉매.
The method according to claim 1, wherein at least one silver used as a feedstock source in the preparation of the catalyst is previously separated from the reaction mixture of the mixed element oxide and the mixed element oxide-precursor compound of the mixed element oxide before use as a feedstock source in the catalyst preparation Characterized in that the reaction mixture is used directly as a feedstock in the preparation of the catalyst.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 촉매의 활성체가 하기 일반식(II)을 포함하는 바나듐의 혼합 원소 산화물로서의 산화바나듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매:
MaNbVcOd (일반식 II)
상기 식에서,
M = Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn, Pb, B, Al, Bi, Sb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, La로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소,
a = 0.01 내지 100,
N = Li, Na, K, Rb, Cs, P, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, P로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소,
b = 0 내지 1,
V = 바나듐,
c = 1,
O = 산소,
d = 일반식 II에서 산소와 다른 원소의 결합가 및 빈도에 의해 결정되는 수이다.

2. Catalyst according to claim 1, characterized in that the active substance of the catalyst comprises vanadium oxide as a mixed element oxide of vanadium comprising the general formula (II)
M a N b V c O d (formula II)
In this formula,
As a result, it has been found that the metal complexes of the present invention can be used in the form of a metal such as M, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, and La,
a = 0.01 to 100,
At least one element selected from the group consisting of N = Li, Na, K, Rb, Cs, P, Mg, Ca, Sr, Ba,
b = 0 to 1,
V = vanadium,
c = 1,
O = oxygen,
d = a number determined by the bond and frequency of oxygen and other elements in the general formula II.

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제12항에 있어서, 상기 촉매의 활성체가 상기 촉매를 400℃에서 소정의 시간에 걸쳐 열처리한 후 하기 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 촉매:
산화바나듐: 1-40 중량%(V2O5로서 표시)
이산화티탄: 50-99 중량%(TiO2로서 표시)
AgxMyNzOn:0-15중량%(제1항의 일반식 I으로서 표시)
MaNbVcOd:0-10중량%(제12항의 일반식 II으로서 표시)
알칼리금속: 0-1.0 중량%(알칼리금속으로서 표시)
산화안티몬: 0-10 중량% (Sb2O3로서 표시)
인: 0-1.5 중량%(P로서 표시)
13. The catalyst according to claim 12, wherein the active substance of the catalyst has the following composition after heat-treating the catalyst at 400 DEG C for a predetermined time:
Vanadium oxide: 1-40 wt% (expressed as V 2 O 5 )
Titanium dioxide: 50-99 wt% (expressed as TiO 2 )
Ag x M y N z O n : 0-15% by weight (expressed as general formula I of claim 1)
M a N b V c O d : 0-10 wt% (expressed as the general formula II in claim 12)
Alkali metal: 0-1.0 wt% (expressed as alkali metal)
Antimony oxide: 0-10 wt% (expressed as Sb 2 O 3 )
Phosphorus: 0-1.5% by weight (indicated as P)
제18항에 있어서, 상기 촉매의 활성체가 상기 촉매를 400℃에서 소정의 시간에 걸쳐 열처리한 후 하기 조성을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 촉매:
산화바나듐: 1-20 중량%(V2O5로서 표시)
이산화티탄: 80-99 중량%(TiO2로서 표시)
바나듐산은: 0-5 중량%(AgVO3로서 표시)
텅스텐산은: 0-5 중량%(Ag2WO4로서 표시)
몰리브덴산은: 0-5 중량%(Ag2MoO4로서 표시)
바나듐산비스무트: 0-3 중량%(BiVO4로서 표시)
세슘: 0-1 중량%(Cs로서 표시)
산화안티몬: 0-5 중량%(Sb2O3로서 표시)
인: 0-1.5 중량%(P로서 표시).
19. The catalyst according to claim 18, wherein the active material of the catalyst has the following composition after heat-treating the catalyst at 400 DEG C for a predetermined period of time:
Vanadium oxide: 1-20 wt% (expressed as V 2 O 5 )
Titanium dioxide: 80-99% by weight (expressed as a TiO 2)
Vanadium oxide: 0-5% by weight (expressed as AgVO 3 )
Tungstic acid: 0-5 wt% (expressed as Ag 2 WO 4 )
Molybdic acid: 0-5 wt% (expressed as Ag 2 MoO 4 )
Bismuth vanadate: 0-3% by weight (expressed as BiVO 4 )
Cesium: 0-1% by weight (expressed as Cs)
Antimony oxide: 0-5% by weight (expressed as Sb 2 O 3 )
Phosphorus: 0-1.5 wt% (indicated as P).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 촉매는 2개 이상의 서로 다른 층이 담체 상에 쉘 형으로 도포되고, 상기 층들 중 하나 이상의 층이 이산화티탄 및 산화바나듐을 함유하며, 그 외 다른 층들 중 하나의 층이 추가적인 이산화티탄 및 산화바나듐을 포함하는 하나의 은 혼합 원소 산화물을 원료공급원으로 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.
2. The method of claim 1, wherein the catalyst is applied in two or more different layers in shell form on a carrier, wherein at least one of the layers contains titanium dioxide and vanadium oxide, and one of the other layers Characterized in that it contains, as a raw material source, one silver mixed element oxide comprising additional titanium dioxide and vanadium oxide.
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