KR101988374B1 - Method of preparation of ethylamine or acetonitrile by reductive amination of ethanol - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에틸아민 제조용 촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에탄올을 암모니아와 반응시켜 에틸아민 또는 아세토니트릴을 상압 이하에서 효과적으로 제조 할 수 있는 촉매로서, 니켈을 지지체에 함침시킨 에틸아민 또는 아세토니트릴 제조용 니켈 담지 촉매, 그의 제조방법 및 이를 이용한 에틸아민의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a catalyst capable of efficiently producing ethylamine or acetonitrile at a normal pressure or lower by reacting ethanol with ammonia, and more particularly, to a catalyst for the production of ethylamine Or acetonitrile, a method for producing the same, and a process for producing ethylamine using the same.

Description

Ni/Al2O3 촉매상에서 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민 또는 아세토니트릴의 제조방법{Method of preparation of ethylamine or acetonitrile by reductive amination of ethanol}[0001] The present invention relates to a process for preparing ethylamine or acetonitrile by reductive amination of ethanol on a Ni / Al2O3 catalyst,

본 발명은 에틸아민 또는 아세토니트릴 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Ni/Al2O3 촉매상에서 수소 존재하에서 에탄올을 암모니아와 반응시켜 에틸아민을 상압 이하에서 효과적으로 제조 할 수 있는 에틸아민의 제조방법과, Ni/Al2O3 촉매상에서 에탄올을 암모니아와 반응시켜 아세토니트릴을 상압 이하에서 효과적으로 제조할 수 있는 아세토니트릴의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of ethylamine or acetonitrile, and more particularly to the production of ethylamine or acetonitrile using Ni / Al 2 O 3 A method of producing ethylamine which can efficiently produce ethylamine under normal pressure by reacting ethanol with ammonia in the presence of hydrogen on a catalyst, and a method of producing ethylamine by reacting Ni / Al 2 O 3 The present invention relates to a method for producing acetonitrile, which can efficiently produce acetonitrile at normal pressure or below by reacting ethanol with ammonia on a catalyst.

에틸아민(Ethylamines)은 화학, 제약, 농업, 고무, 용제 등 다양한 분야의 중간체 및 원료로서 중요한 물질이다. 또한, 정제화학제품 생산의 중간체로서 다양한 분야에서 널리 사용되며 주로 제초제, 제약, 섬유, 살충제, 항생제, 부식 억제제 합성, 에폭시 경화제 합성 등에 사용된다.Ethylamines are important intermediates and raw materials in a variety of fields such as chemicals, pharmaceuticals, agriculture, rubber, and solvents. It is also widely used in various fields as an intermediary of production of refined chemical products and mainly used for herbicides, pharmaceuticals, fibers, insecticides, antibiotics, synthesis of corrosion inhibitors, and synthesis of epoxy hardeners.

에틸아민 합성방법은 에탄올이나 아세트알데히드를 이용한 아민화반응, 아세토니트릴의 수소첨가반응, 올레핀의 하이드로아민화반응 등이 있다. 에탄올의 아민화 반응은 높은 합성 효율을 나타내어 오랫동안 연구되어 왔으며, 친환경적인 반응으로써 지속적인 관심을 받고 있다. 또한 고온고압을 요구하는 기타 반응에 비해 상대적으로 온화한 반응조건에서 합성이 가능하므로 저렴한 생산비용으로 에틸아민을 제조할 수 있다.Ethylamine synthesis methods include amination using ethanol or acetaldehyde, hydrogenation of acetonitrile, and hydroamineation of olefins. The amination reaction of ethanol has been studied for a long time due to its high synthesis efficiency, and it has received constant interest as an environmentally friendly reaction. In addition, it can be synthesized under relatively mild reaction conditions as compared with other reactions requiring high temperature and high pressure, so that ethylamine can be produced at low production cost.

에탄올의 아민화 반응은 다음과 같은 연속적인 단계를 거쳐 진행된다. 에탄올 산화반응을 통해 형성된 카보닐 화합물이 이 반응의 개시제로 작용하며, 생성된 카보닐 화합물은 축합과정을 거지면서 반응물인 암모니아와 반응하여 중간체인 이민(Imine)을 형성한다. 이후 수소화반응을 거쳐 모노에틸아민(Monoethylamine, MEA)이 형성되며, 연속적인 반응을 거치면서 디에틸아민(Diethylamine, DEA)과 트리에틸아민(Triethylamine, TEA)이 형성된다.The amination reaction of ethanol proceeds through the following successive steps. The carbonyl compound formed through the ethanol oxidation reaction acts as an initiator of the reaction, and the resulting carbonyl compound undergoes a condensation process to react with the reactant ammonia to form an intermediate imine. Then, monoethylamine (MEA) is formed through the hydrogenation reaction, and diethylamine (DEA) and triethylamine (TEA) are formed through the continuous reaction.

에탄올의 환원성 아민화반응에 사용되는 촉매는 수소화 반응과 탈수소화 반응에 쓰이는 Pt, Pd, Rh 등의 귀금속 촉매를 주로 사용한다. 그러나 귀금속 촉매는 지속적인 사용이 불가능하기 때문에 이를 대체할 촉매 연구가 진행되어 왔다. 알칼리 금속 또는 전이 금속 복합체 등의 촉매, 특히 Ni, Co, Fe 등의 전이금속 촉매가 귀금속 촉매와 유사한 촉매 활성을 나타내며 쉽게 이용할 수 있기 때문에 대체 촉매로 각광받고 있다.The catalysts used for the reductive amination of ethanol mainly use precious metal catalysts such as Pt, Pd and Rh which are used for hydrogenation and dehydrogenation reactions. However, since precious metal catalysts can not be continuously used, catalyst researches have been conducted to replace them. Catalysts such as alkali metals or transition metal complexes, particularly transition metal catalysts such as Ni, Co and Fe, exhibit catalytic activities similar to those of noble metal catalysts, and are readily available as alternative catalysts.

에틸아민을 제조하는 촉매에 관련된 종래 기술로서, 미국등록특허 제4255357호(공고일: 1981.03.10.)에는 알루미나 또는 규조토 지지체에 니켈 혹은 코발트를 함침시켜 제조한 촉매를 사용하여 에탄올로부터 에틸아민류를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 상기 특허문헌에는 코발트, 니켈 등의 촉매 활성물질이 알루미나 혹은 규조토를 포함하는 지지체 중에서 선택된 지지체 물질 상에 지지되는 것으로 언급되어 있으며, 사용된 활성물질 중 코발트가 아민화 과정에 더 유용한 것으로 언급되어 있다.As a prior art related to the catalyst for the production of ethylamine, U.S. Patent No. 4255357 (Publication date: 1981.03.10.) Describes the production of ethyl amines from ethanol using alumina or a catalyst prepared by impregnating a diatomaceous earth support with nickel or cobalt Is described. The patent literature mentions that a catalytically active substance such as cobalt, nickel or the like is supported on a support material selected from among alumina or diatomaceous earth supports and cobalt among the active materials used is said to be more useful for the amination process .

그러나 피셔 등(A. Fischer, et al)은 코발트 촉매를 기초로 1,3-프로판디올의 아민화 방법을 개재하였으며(J. Catal. 183, (1999) 373), 공침법으로 제조한 코발트, 코발트-철 및 코발트-란타늄 촉매를 사용한 1,3-프로판디올의 아민화 반응은 195 ℃의 반응온도와 135 bar의 높은 압력 조건하에서 목적하는 디아민 생성물의 수율이 35 % 이하에 불과하여 고압의 반응조건에서 낮은 생산물 수율로 경제성을 고려할 때 바람직하지 못한 촉매 반응 공정이었다.However, Fischer et al. (A. Fischer, et al) proposed a process for the amination of 1,3-propanediol based on cobalt catalysts (J. Catal. 183, (1999) 373) The amination reaction of 1,3-propanediol using cobalt-iron and cobalt-lanthanum catalyst is carried out under the conditions of a reaction temperature of 195 ° C. and a high pressure of 135 bar, the yield of the desired diamine product is only 35% And the low yield of the product under the condition of economical efficiency was an undesirable catalytic reaction process.

또한, 일본공개특허 제2015-501804호(공개일: 2015.01.19)에는 구리, 니켈 또는 코발트 함유 불균일계 촉매를 사용하여 에탄올로부터 에틸아민을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 상기 문헌에는 코발트 34 중량%가 Al2O3에 담지된 촉매를 185 - 188 ℃의 반응 온도와 66 bar의 압력 조건하에서 90 %이상의 에틸아민 선택도를 갖는 것으로 나타났다. 상기 촉매는 높은 압력조건하에 반응시키기 때문에 위험한 단점이 있었다.Japanese Laid-Open Patent Application No. 2015-501804 (Laid-open date: 2015.01.19) describes a method for producing ethylamine from ethanol using a heterogeneous catalyst containing copper, nickel or cobalt. In this document, catalysts in which 34 wt% of cobalt is supported on Al 2 O 3 have an ethylamine selectivity of greater than 90% under reaction conditions of 185 - 188 ° C and 66 bar pressure. This catalyst has a dangerous disadvantage because it reacts under high pressure conditions.

한편, 아세토니트릴(Acetonitrile, ACN)은 시안화메틸이라고도 하며, 콜타르 및 석탄의 건류폐수 속에 미량 함유되어 있다. 이러한 아세토니트릴은 유기합성공업의 원료로서 중요하며, 아세토페논·에틸아민·비타민 B 등의 합성에 쓰이며, 아크릴로니트릴계 섬유의 용제나 석유탄화수소의 정제를 위한 용제로도 사용된다.On the other hand, acetonitrile (ACN), also known as methyl cyanide, is contained in small quantities in the coal wastewater of coal and coal. Such acetonitrile is important as a raw material for the organic synthesis industry, and is used for the synthesis of acetophenone, ethylamine, vitamin B and the like, and is also used as a solvent for acrylonitrile-based fibers and as a solvent for refining petroleum hydrocarbons.

아세토니트릴의 제조방법은 에탄올이나 아세틸렌의 이용한 아민화반응 등에 의해 제조되며, 에탄올의 아민화 반응은 상기 기재한 바와 같이, 친환경적인 반응으로써 고온고압을 요구하는 기타 반응에 비해 상대적으로 온화한 반응조건에서 합성이 가능하므로 저렴한 생산비용으로 아세토니트릴을 제조할 수 있다.The production method of acetonitrile is prepared by amination using ethanol or acetylene, and the amination reaction of ethanol is an eco-friendly reaction as described above, and the reaction is relatively mild under the reaction conditions requiring high temperature and high pressure It is possible to produce acetonitrile at a low production cost.

아세토니트릴을 제조하는 촉매에 관련된 종래 기술로서, Y Hu 등은 Cu/γ-Al2O3 촉매를 이용하여 에탄올의 환원성 아민화 반응을 통해 아세토니트릴을 제조하는 방법을 개재하였으나(Reac Kinet Mech Cat (2012) 106:127-139) 고온에서 반응을 시켜야 하며, 에탄올 대비 많은 양의 암모니아를 사용해야 하는 문제점이 있었다.As a conventional technique related to a catalyst for producing acetonitrile, Y Hu et al. Disclosed a method for producing acetonitrile through a reductive amination reaction of ethanol using a Cu / γ-Al 2 O 3 catalyst (Reac Kinet Mech Cat (2012) 106: 127-139). The reaction must be carried out at a high temperature, and there is a problem that a large amount of ammonia is required to be used compared to ethanol.

그 외에도 Co, Ni 등을 이용한 촉매가 개발되었지만, 고온 및 고압의 반응조건에서 이루어지거나 에탄올 전환율 또는 아세토니트릴의 선택도가 떨어지는 문제점이 있어 왔다. In addition, catalysts using Co, Ni and the like have been developed, but there have been problems in that they are carried out under high temperature and high pressure reaction conditions, and that the conversion of ethanol or the selectivity of acetonitrile is inferior.

따라서 에탄올의 환원성 아민화 반응을 이용하여 에틸아민 또는 아세토니트릴을 제조할 수 있는 새로운 촉매에 대한 연구개발의 필요성은 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. Therefore, there is a continuing need for research and development of a new catalyst capable of producing ethylamine or acetonitrile using the reductive amination reaction of ethanol.

미국등록특허 제4255357호(공고일: 1981.03.10.)U.S. Patent No. 4255357 (Published on January 3, 1981) 일본공개특허 제2015-501804호(공개일: 2015.01.19)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2015-501804 (published on 2015.01.19)

본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, Ni/Al2O3 촉매를 사용하여 상압 이하에서 높은 촉매활성을 장시간 안정적으로 유지할 수 있으며, 목적하는 에틸아민 또는 아세토니트릴에 대한 수율이 높은 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민 또는 아세토니트릴의 생성방법을 제공하고자 하는데 있다.The main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a Ni / Al 2 O 3 The present invention provides a method for producing ethylamine or acetonitrile by reducing amination of ethanol which can maintain a high catalytic activity under normal pressure for a long period of time using a catalyst and has a high yield for the desired ethylamine or acetonitrile have.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (a) 금속 담지 촉매를 준비하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 촉매를 수소와 접촉시켜 활성화 시키는 단계; (c) 소정비율의 에탄올 및 암모니아를 수소의 존재 하에서 상기 (b) 단계로 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계;를 포함하되 상기 (c)단계에서의 수소의 분압은 에탄올 분압의 4배 이상인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 에틸아민을 제조하는 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal-supported catalyst, comprising the steps of: (a) (b) activating the catalyst of step (a) in contact with hydrogen; (c) mixing the predetermined amount of ethanol and ammonia in the presence of hydrogen in step (b) to form an amination reaction mixture, wherein the partial pressure of hydrogen in step (c) is 4 times Or less of the total amount of the ethylamine.

본 발명의 일실시예에 따라, 상기 금속담지촉매는 Ni/Al2O3일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal-supported catalyst may be Ni / Al 2 O 3 .

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 Ni/Al2O3의 제조는 (d-1) 니켈 전구체 수용액을 지지체 화합물과 혼합하여 교반시키는 단계; (d-2) 상기 (d-1) 단계의 혼합물을 건조시키는 단계; 및 (d-3) 상기 (d-2) 단계의 건조된 혼합물을 소성시키는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the Ni / Al 2 O 3 may be prepared by mixing (d-1) a nickel precursor aqueous solution with a support compound and stirring the mixture; (d-2) drying the mixture of step (d-1); And (d-3) firing the dried mixture in the step (d-2).

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 지지체 화합물은 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카 및 지르코니아로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the support compound may be at least one selected from the group consisting of alumina, silica, alumina-silica, and zirconia.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 니켈 전구체는 염화 니켈, 아세트산 니켈, 질산 니켈 및 이들의 혼합물일 수 있다Also, according to one embodiment of the present invention, the nickel precursor may be nickel chloride, nickel acetate, nickel nitrate and mixtures thereof

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 (d-1) 단계의 교반은 상온에서 수행될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the stirring in the step (d-1) may be performed at room temperature.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 (d-2) 단계의 건조는 50 내지 120 ℃에서 수행될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the drying in step (d-2) may be performed at 50 to 120 ° C.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 (d-3) 단계의 소성은 1 내지 3 ℃ min-1의 승온 속도로 공기흐름 하에서 400 내지 600 ℃에서 수행될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the firing in the step (d-3) may be performed at 400 to 600 ° C under an air flow at a heating rate of 1 to 3 ° C min -1 .

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 (c) 단계의 반응은 상압 이하의 압력에서 실시될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the reaction of step (c) may be carried out at a pressure lower than the atmospheric pressure.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 Ni/Al2O3의 니켈 담지량은 촉매의 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 5 내지 25 중량%이며, 바람직하게는 니켈 함량이 10 중량%일 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the Ni loading amount of the Ni / Al 2 O 3 may be 5 to 25 wt%, and preferably the nickel content may be 10 wt%, based on the total weight of the catalyst.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 아민화 반응에서의 암모니아/에탄올의 분압비는 0.5∼5일 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the partial pressure ratio of ammonia / ethanol in the amination reaction may be 0.5 to 5.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 아민화 반응에서의 수소/에탄올의 분압비는 4∼20일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the partial pressure ratio of hydrogen / ethanol in the amination reaction may be 4 to 20.

또한 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 아민화 반응에서의 공간속도는 0.1 내지 2.0 h-1이고, 온도는 150 내지 250 ℃일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the space velocity in the amination reaction may be 0.1 to 2.0 h -1 and the temperature may be 150 to 250 ° C.

또한 본 발명은 다른 실시예에 따라, (i) 금속 담지 촉매를 준비하는 단계; (ii) 상기 (i)단계의 촉매를 수소와 접촉시켜 활성화 시키는 단계; (iii) 소정비율의 에탄올 및 암모니아를 상기 (ii)단계로 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 (iii)단계에서의 암모니아의 분압은 에탄올 분압의 1 내지 7배인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴을 제조하는 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is also provided a process for preparing a metal supported catalyst, comprising the steps of: (i) preparing a metal supported catalyst; (ii) activating the catalyst of step (i) in contact with hydrogen; (iii) mixing a predetermined proportion of ethanol and ammonia in the step (ii) to form an amination reaction mixture, wherein the partial pressure of ammonia in step (iii) is 1 to 7 times the partial pressure of ethanol The present invention provides a method for producing acetonitrile by reductive amination reaction of ethanol.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 금속담지촉매는 상기 기재된 바와 동일하며, 상기 (iii)단계의 반응은 상압 이하에서 실시될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the metal supported catalyst is the same as described above, and the reaction of step (iii) may be carried out at normal pressure or below.

또한 본 발명의 다른 살시예에 따라, 상기 아민화 반응에서 공간속도 및 온도는 상기 기재된 바와 동일할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the space velocity and temperature in the amination reaction may be the same as described above.

본 발명의 방법에 따른 에탄올의 환원성 아민화에 의한 에틸아민 또는 아세토니트릴의 제조방법은 종래와는 달리 상압 이하에서도 에틸아민 및 아세토니트릴에 대한 선택도가 매우 우수하게 나타나며, 반응시간에 따른 촉매의 비활성화가 낮게 나타남으로써, 장시간에 걸쳐서도 높은 에탄올 전화율 및 높은 에틸아민과 아세토니트릴의 선택도가 유지되는 효과를 가지고 있다. The method of producing ethylamine or acetonitrile by reductive amination of ethanol according to the method of the present invention shows excellent selectivity to ethylamine and acetonitrile even under normal pressure unlike the conventional method, The low inactivation results in a high ethanol conversion rate and a high selectivity of ethylamine and acetonitrile over a long period of time.

또한, 본 발명에 따른 Ni/Al2O3 촉매는 반응 조건에 따라, 에틸아민과 아세토니트릴의 선택성을 조절할 수 있는 특징이 있어, 하나의 촉매를 이용하여 필요에 따라 에틸아민 또는 아세토니트릴의 제조가 용이한 효과를 가지고 있다.The Ni / Al 2 O 3 catalyst according to the present invention is characterized in that the selectivity of ethylamine and acetonitrile can be controlled according to the reaction conditions. Therefore, the production of ethylamine or acetonitrile It has an easy effect.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5의 촉매의 에탄올 전환율과 에틸아민의 선택도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5의 동일한 반응조건에서 각 생성물들의 전환율과 선택도 사이의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 2의 공간속도에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2의 촉매의 암모니아 부분압 변화에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 2의 촉매의 수소 부분압 변화에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 2의 온도조건 변화에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 2의 촉매의 암모니아 또는 수소 유무에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 2의 촉매의 반응 시간경과에 따른 안정성 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예 2의 촉매의 암모니아 부분압 변화에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예 2의 촉매의 암모니아/에탄올의 비율이 2/1일 때 온도조건 변화에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프로, (a)는 온도조건에 따른 에탄올의 전환율을 나타낸 것이고, (b)는 온도조건에 따른 에탄올의 전환율 및 생성물의 선택도를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예 2의 촉매의 암모니아/에탄올의 비율이 3/1일 때 온도조건 변화에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프로, (a)는 온도조건에 따른 에탄올의 전환율을 나타낸 것이고, (b)는 온도조건에 따른 에탄올의 전환율 및 생성물의 선택도를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예 2의 촉매의 공간속도에 따른 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프로, (a)는 공간속도에 따른 에탄올의 전환율을 나타낸 것이고, (b)는 공간속도에 따른 에탄올의 전환율 및 생성물의 선택도를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예 2의 촉매의 반응 시간경과에 따른 안정성 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the conversion of ethanol and the selectivity of ethylamine of the catalysts of Examples 1 to 5 according to the present invention.
2 is a graph showing the distribution between conversion and selectivity of each product under the same reaction conditions of Examples 1 to 5 according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the experimental results of amination reaction activity according to the space velocity of Example 2. FIG.
4 is a graph showing the amination activity of the catalyst of Example 2 according to the present invention in accordance with changes in partial pressure of ammonia.
5 is a graph showing the experimental results of the amination reaction activity according to the hydrogen partial pressure change of the catalyst of Example 2 according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the experimental results of amination reaction activity according to the temperature condition change of Example 2 according to the present invention. FIG.
7 is a graph showing the amination activity of the catalyst of Example 2 according to the present invention in the presence of ammonia or hydrogen.
8 is a graph showing the stability test results of the catalyst of Example 2 according to the present invention over time.
FIG. 9 is a graph showing the amination reaction activity test results according to the ammonia partial pressure change of the catalyst of Example 2 according to another embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 10 is a graph showing the amination activity of the catalyst of Example 2 according to another embodiment of the present invention when the ratio of ammonia / ethanol is 2/1, (B) shows the conversion of ethanol and the selectivity of products according to temperature conditions.
FIG. 11 is a graph showing the amination reaction activity test result according to the change of temperature condition when the ratio of ammonia / ethanol of the catalyst of Example 2 according to another embodiment of the present invention is 3/1. FIG. 11 (a) (B) shows the conversion of ethanol and the selectivity of products according to temperature conditions.
12 is a graph showing the amination activity of the catalyst of Example 2 according to another embodiment of the present invention, wherein (a) shows the conversion rate of ethanol according to the space velocity, (b) Shows the conversion of ethanol and the selectivity of products according to the space velocity.
13 is a graph showing the stability test results of the catalyst of Example 2 according to another embodiment of the present invention over time.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명은 일관점에서 (a) 금속 담지 촉매를 준비하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 촉매를 수소와 접촉시켜 활성화 시키는 단계; 및 (c) 소정비율의 에탄올 및 암모니아를 수소의 존재 하에서 상기 (b)단계로 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 (c)단계에서의 수소의 분압은 에탄올 분압의 4배 이상인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 에틸아민을 제조하는 방법에 관한 것이다.According to one aspect of the present invention, there is provided a process for preparing a metal supported catalyst, comprising: (a) preparing a metal supported catalyst; (b) activating the catalyst of step (a) in contact with hydrogen; And (c) mixing a predetermined proportion of ethanol and ammonia in the presence of hydrogen in step (b) to form an amination reaction mixture, wherein the partial pressure of hydrogen in step (c) And more preferably about 4 times or more. The present invention also relates to a method for producing ethylamine by reductive amination of ethanol.

상기 금속 담지 촉매는 Ni/Al2O3이며, 상기 Ni/Al2O3의 제조는 (d-1) 니켈 전구체 수용액을 지지체 화합물과 혼합하여 교반시키는 단계; (d-2) 상기 (d-1) 단계의 혼합물을 건조시키는 단계; 및 (d-3) 상기 (d-2) 단계의 건조된 혼합물을 소성시키는 단계;를 포함한다. Wherein the metal-supported catalyst is Ni / Al 2 O 3 , and the Ni / Al 2 O 3 is produced by: (d-1) mixing an aqueous nickel precursor solution with a support compound and stirring; (d-2) drying the mixture of step (d-1); And (d-3) firing the dried mixture in the step (d-2).

상기 지지체 화합물은 특별히 제한되지 아니하나, 구체적으로는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 알루미나-실리카 및 지르코니아(ZrO2)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 비표면적이 높은 Al2O3 이 될 수 있다. The support compound is not particularly limited and may be specifically at least one selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), alumina-silica and zirconia (ZrO 2 ) It can be Al 2 O 3 having a high specific surface area.

상기 Al2O3는 150 내지 300 m2/g정도의 비표면적을 갖는 금속 산화물로서, 400 내지 1000 ℃ 정도에서 알루미나 겔을 소성하여 산화물로 제조한 것이다. 상기 Al2O3는 다공성이고 열안정성이 높은 특성을 갖으며, 순도가 높고, 합성조건의 조절로 특별한 형태의 물리적 성상을 가지도록 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 지지체 화합물의 비표면적이 150 내지 300 m2/g일 때, 니켈이 적절한 비율로 담지 될 수 있어 바람직하다.The Al 2 O 3 is a metal oxide having a specific surface area of about 150 to 300 m 2 / g, and is made of an oxide by calcining the alumina gel at about 400 to 1000 ° C. The Al 2 O 3 is porous and has high thermal stability, high purity, and has the advantage of having a specific physical property by controlling the synthesis conditions. When the specific surface area of the support compound is 150 to 300 m < 2 > / g, nickel can be supported at an appropriate ratio, which is preferable.

또한 상기 니켈 전구체는 특별히 한정되지 아니하나, 상기 니켈 전구체는 염화 니켈, 아세트산 니켈, 질산 니켈 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 후술된 바와 같이 니켈은 촉매 전체 중량에 대하여 5 내지 25 중량%가 되도록 담지 되는 것이 바람직하므로 이에 맞게 적절한 비율의 니켈 전구체를 수용액에 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.The nickel precursor is not particularly limited, but the nickel precursor may be at least one selected from nickel chloride, nickel acetate, nickel nitrate, and mixtures thereof. As described later, it is preferable that nickel is supported so as to be 5 to 25% by weight based on the total weight of the catalyst. Therefore, it is preferable to mix nickel precursors in an appropriate ratio in an aqueous solution.

또한 상기 (d-1) 단계에서의 교반은 상온에서 수행될 수 있으며, 30분 내지 2 시간가량 수행시키는 것이 바람직하다.Also, the stirring in the step (d-1) may be carried out at room temperature and is preferably carried out for about 30 minutes to 2 hours.

또한 상기 (d-2) 단계에서의 건조는 수분을 제거한 후에 수행되며, 50 내지 120 ℃에서 수행될 수 있다.The drying in step (d-2) may be performed after removing moisture, and may be performed at 50 to 120 ° C.

또한 상기 (d-3) 단계에서의 소성은 1 내지 3 ℃ min-1의 승온 속도로 공기흐름 하에서 400 내지 600 ℃에서 1 내지 3 시간가량 소성할 수 있다. 소성온도가 600 ℃를 초과할 경우에는 촉매 입자가 열적 안정성을 잃게 되어 뭉침 현상이 발생하면서 촉매의 비표면적이 감소되는 문제가 있고, 소성온도가 400 ℃ 미만일 경우에는 니켈 이온이 NiO의 산화물 형태로 존재하지 못하기 때문에 활성이 떨어지는 문제가 있다.The calcination in the step (d-3) may be carried out at a temperature rising rate of 1 to 3 ° C min -1 and at a temperature of 400 to 600 ° C for 1 to 3 hours under an air flow. When the calcination temperature is higher than 600 ° C, the catalyst particles lose their thermal stability, resulting in aggregation and a reduction in the specific surface area of the catalyst. When the calcination temperature is lower than 400 ° C, nickel ions are converted into NiO oxides There is a problem that the activity drops because it does not exist.

또한 상기 Ni/Al2O3촉매의 니켈 담지량은 촉매의 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 5 내지 25 중량%가 되도록 담지되는 것이 바람직하다. 니켈의 촉매 전체 중량에 대하여 5 중량% 미만이 되면 니켈의 성분 비율이 너무 적어 입자 크기가 작고 분산도는 증가하지만, 활성점이 적어 아민화 반응에 촉매로서 미치는 영향이 미미하게 되는 문제가 있으며, 니켈의 촉매 전체 중량에 대하여 25 중량%를 초과하게 되면 상기 지지체에 니켈 성분이 고르게 분산되지 못하는 문제가 있다. 또한 더욱 바람직하게는 촉매의 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 10 중량%인 것이 바람직하다. The Ni loading amount of the Ni / Al 2 O 3 catalyst is preferably such that the nickel content is 5 to 25% by weight based on the total weight of the catalyst. When the content of nickel is less than 5% by weight based on the total weight of the nickel catalyst, the content of nickel is too small and the particle size is small and the degree of dispersion is increased. However, By weight based on the total weight of the catalyst, the nickel component is not uniformly dispersed in the support. More preferably, the nickel content is preferably 10% by weight based on the total weight of the catalyst.

또한 상기에 기재된 바와 같이, 촉매 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 10 중량%일 경우에 가장 높은 에탄올 전환률과 에틸아민의 선택도가 나타날 수 있으며, 이는 하기 실시예를 통해 보다 상세히 살펴볼 수 있다. Also, as described above, when the nickel content is 10% by weight based on the total weight of the catalyst, the highest ethanol conversion and the selectivity of ethylamine can be exhibited.

한편, 상기 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 에틸아민을 제조하는 방법에서, 상기 아민화 반응에서의 암모니아/에탄올의 분압비는 0.5∼5이고, 수소/에탄올의 분압비는 6∼20 이며, 공간속도는 0.1 내지 2.0 h-1이고, 온도는 150 내지 250℃일 수 있다. Meanwhile, in the method of producing ethylamine by the reductive amination of ethanol, the partial pressure ratio of ammonia / ethanol in the amination reaction is 0.5 to 5, the partial pressure ratio of hydrogen / ethanol is 6 to 20, The speed may be from 0.1 to 2.0 h < -1 > and the temperature may be from 150 to 250 < 0 > C.

상기 조건으로 제조공정이 진행되는 경우에, 에탄올의 전환율이 증가하여 연속적인 반응에 의해 2차, 3차 아민이 증가하며, 에틸아민의 선택도가 일정하게 유지될 수 있다.When the production process is proceeded under the above conditions, the conversion of ethanol increases, the secondary and tertiary amines are increased by continuous reaction, and the selectivity of ethylamine can be kept constant.

또한, 상기 수소의 분압이 증가할수록 에탄올의 전환율과 에틸아민의 선택도가 증가하게 되며, 에틸아민의 선택도는 수소 분압이 에탈올의 분압의 4배 이상에서수소의 분압 증가에 따라 급격히 증가하게 되며, 그 이상의 압력에서는 에틸아민 선택도의 변화 폭이 적어진다.Also, as the partial pressure of hydrogen increases, the conversion of ethanol and the selectivity of ethylamine are increased. The selectivity of ethylamine increases rapidly with the partial pressure of hydrogen at four times higher than the partial pressure of ethanol in the partial pressure of hydrogen At higher pressures, the variation of ethylamine selectivity decreases.

또한 상기 수소는 촉매를 환원시키는 역할을 하게 되며, 환원을 위한 특정 조건은 활성화되는 특정 촉매 조성물에 좌우된다. 상기 활성화는 합금 형성, 금속의 적합한 상 배향 및 금속의 산화 수준 조성을 포함할 수 있다.The hydrogen also serves to reduce the catalyst, and the specific conditions for reduction depend on the particular catalyst composition being activated. The activation may include alloy formation, a suitable phase orientation of the metal, and an oxidation level of the metal.

또한 상기 (c) 단계의 반응은 기존의 고압반응과 달리 상압 이하의 압력에서 수행하는 것이 가능하다.Also, the reaction of step (c) may be performed at a pressure lower than the atmospheric pressure, unlike the conventional high-pressure reaction.

또한 상기의 에틸아민의 제조는 연속 반응을 위해 고정층 충진 반응기에서 이루어지는 것이 바람직하다.The production of ethylamine is preferably carried out in a fixed-bed packed reactor for continuous reaction.

본 발명에 따른 에탄올의 환원성 아민화에 의한 에틸아민의 제조방법은 종래와는 달리 상압 이하에서도 에틸아민에 대한 선택도가 매우 우수하게 나타나며, 반응시간에 따른 촉매의 비활성화가 낮게 나타남으로써, 장시간에 걸쳐서도 높은 에탄올 전환율 및 높은 에틸아민의 선택도가 유지되는 효과를 가지고 있다.The method of producing ethylamine by reductive amination of ethanol according to the present invention shows excellent selectivity to ethylamine even under atmospheric pressure unlike the prior art, and the inactivation of the catalyst is low with the reaction time, The high ethanol conversion and high ethylamine selectivity can be maintained.

한편 본 발명은 다른 실시예에 따라, (i) 금속 담지 촉매를 준비하는 단계; (ii) 상기 (i)단계의 촉매를 수소와 접촉시켜 활성화 시키는 단계; (iii) 소정비율의 에탄올 및 암모니아를 상기 (ii)단계로 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 (iii)단계에서의 암모니아의 분압은 에탄올 분압의 1 내지 7배인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a metal-supported catalyst, comprising the steps of: (i) preparing a metal-supported catalyst; (ii) activating the catalyst of step (i) in contact with hydrogen; (iii) mixing a predetermined proportion of ethanol and ammonia in the step (ii) to form an amination reaction mixture, wherein the partial pressure of ammonia in step (iii) is 1 to 7 times the partial pressure of ethanol The present invention provides a method for producing acetonitrile by reductive amination of ethanol.

본 발명에 따른 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법에서 상기 (iii)단계의 반응은 기존의 고압반응과 다리 상압 이하의 압력에서 수행하는 것이 가능하다. In the process for producing acetonitrile by the reductive amination of ethanol according to the present invention, the reaction of step (iii) can be carried out under the existing high-pressure reaction and pressure below the leg pressure.

또한 상기 금속담지촉매는 Ni/Al2O3로써, 상기 Ni/Al2O3의 제조방법, 지지체 화합물의 종류, 니켈 전구체의 종류 및 니켈 담지량은 상기 에틸아민의 제조방법에서 기재된 바와 동일하다. 여기서, 촉매 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 10 중량%일 경우에 가장 높은 에탄올 전환룰과 아세토니트릴의 선택도가 나타날 수 있다.Further, the metal supported catalyst production process, the type and the nickel loading of the support compound type, nickel precursor as a Ni / Al 2 O 3, the Ni / Al 2 O 3 are the same as those described in the production method of the ethylamine. Here, when the nickel content is 10% by weight with respect to the total weight of the catalyst, the highest ethanol conversion ratio and selectivity of acetonitrile can be shown.

또한, 상기 (iii) 단계에서 아민화 반응 혼합물을 형성할 때, 암모니아/에탄올의 분압비는 1∼7인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 1.5∼5일 수 있다.When forming the amination reaction mixture in the step (iii), the partial pressure ratio of ammonia / ethanol is preferably 1 to 7, more preferably 1.5 to 5.

또한 상기 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 아세토니트릴을 제조하는 방법에서, 상기 아민화 반응에서의 공간속도는 0.1 내지 2.0 h-1이고, 온도는 180 내지 280 ℃일 수 있다.Also, in the method for producing acetonitrile by reductive amination of ethanol, the space velocity in the amination reaction may be 0.1 to 2.0 h -1 and the temperature may be 180 to 280 ° C.

또한 상기의 아세토니트릴의 제조는 연속 반응을 위해 고정층 충진 반응기에서 이루어지는 것이 바람직하다.The preparation of the acetonitrile is preferably carried out in a fixed-bed packed reactor for continuous reaction.

본 발명에 따른 에탄올의 환원성 아민화에 의한 아세토니트릴의 제조방법은 종래와는 달리 상압 이하에서도 아세토니트릴에 대한 선택도가 매우 우수하게 나타나며, 반응시간에 따른 촉매의 비활성화가 낮게 나타남으로써, 장시간에 걸쳐서도 높은 에탄올 전환율 및 높은 아세토니트릴의 선택도가 유지되는 효과를 가지고 있다.The method of producing acetonitrile by reductive amination of ethanol according to the present invention shows excellent selectivity to acetonitrile even under atmospheric pressure unlike the prior art, and the inactivation of the catalyst is low with the reaction time, The high ethanol conversion and high selectivity of acetonitrile can be maintained.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하나, 하기한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여만 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, it should be understood that the following examples are intended to illustrate the present invention and not to limit the present invention.

[실시예] [Example]

실시예는 본 발명에 따른 니켈 담지 촉매를 제조한 것이다.The examples show the preparation of the nickel-supported catalyst according to the present invention.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

니켈 전구체로서 질산니켈 6수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 1.335 g을 증류수 5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 5 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 제조된 용액을 회전 증발 농축기(Eylar N1000)를 이용하여 70 ℃, 50 rpm으로 수분을 제거한 후에 100 ℃에서 12시간 동안 충분히 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 2 ℃ min-1의 승온 속도로 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 니켈의 양이 5 중량%인 NiO/Al2O3를 제조하였다.1.335 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a nickel precursor was dissolved in 5 ml of distilled water, and this aqueous solution was carried on 5 g of a γ-Al 2 O 3 support. And the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. The prepared solution was thoroughly dried at 100 ° C. for 12 hours after removing moisture at 70 ° C. and 50 rpm using a rotary evaporator (Eylar N1000). Next, the dried material was fired at 500 ° C for 2 hours while flowing air at a heating rate of 2 ° C min -1 to prepare NiO / Al 2 O 3 having a nickel content of 5% by weight.

<실시예 2> &Lt; Example 2 >

니켈 전구체로서 질산니켈 6수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 2.819 g을 증류수 5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 Al2O3 지지체 5 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 제조된 용액을 회전 증발 농축기(Eylar N1000)를 이용하여 70 ℃, 50 rpm으로 수분을 제거한 후에 100 ℃에서 12시간 동안 충분히 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 2 ℃ min-1의 승온 속도로 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 니켈의 양이 10 중량%인 NiO/Al2O3를 제조하였다.2.819 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a nickel precursor was dissolved in 5 ml of distilled water, and this aqueous solution was carried on 5 g of an Al 2 O 3 support. Stir for 1 hour. The prepared solution was thoroughly dried at 100 ° C. for 12 hours after removing moisture at 70 ° C. and 50 rpm using a rotary evaporator (Eylar N1000). Next, the dried material was fired at 500 ° C for 2 hours while flowing air at a heating rate of 2 ° C min -1 to prepare NiO / Al 2 O 3 having a nickel content of 10% by weight.

<실시예 3> &Lt; Example 3 >

니켈 전구체로서 질산니켈 6수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 4.451 g을 증류수 5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 Al2O3 지지체 5 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 제조된 용액을 회전 증발 농축기(Eylar N1000)를 이용하여 70 ℃, 50 rpm으로 수분을 제거한 후에 100 ℃에서 12시간 동안 충분히 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 2 ℃ min-1의 승온 속도로 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 니켈의 양이 15 중량%인 NiO/Al2O3를 제조하였다.4.451 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a nickel precursor was dissolved in 5 ml of distilled water, and this aqueous solution was carried on 5 g of Al 2 O 3 support. Stir for 1 hour. The prepared solution was thoroughly dried at 100 ° C. for 12 hours after removing moisture at 70 ° C. and 50 rpm using a rotary evaporator (Eylar N1000). Next, the dried material was fired at 500 ° C. for 2 hours while flowing air at a rate of 2 ° C. min -1 to prepare NiO / Al 2 O 3 having a nickel content of 15% by weight.

<실시예 4> <Example 4>

니켈 전구체로서 질산니켈 6수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 6.320 g을 증류수 5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 Al2O3 지지체 5 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 제조된 용액을 회전 증발 농축기(Eylar N1000)를 이용하여 70 ℃, 50 rpm으로 수분을 제거한 후에 100 ℃에서 12시간 동안 충분히 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 2 ℃ min-1의 승온 속도로 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 니켈의 양이 20 중량%인 NiO/Al2O3를 제조하였다.After 6.320 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a nickel precursor was dissolved in 5 ml of distilled water, this aqueous solution was supported on 5 g of Al 2 O 3 support, Stir for 1 hour. The prepared solution was thoroughly dried at 100 ° C. for 12 hours after removing moisture at 70 ° C. and 50 rpm using a rotary evaporator (Eylar N1000). Next, the dried material was fired at 500 ° C. for 2 hours while flowing air at a rate of 2 ° C. min -1 to prepare NiO / Al 2 O 3 having a nickel content of 20 wt%.

<실시예 5> &Lt; Example 5 >

니켈 전구체로서 질산니켈 6수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 8.427 g을 증류수 5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 Al2O3 지지체 5 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 제조된 용액을 회전 증발 농축기(Eylar N1000)를 이용하여 70 ℃, 50 rpm으로 수분을 제거한 후에 100 ℃에서 12시간 동안 충분히 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 2 ℃ min-1의 승온 속도로 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 니켈의 양이 25 중량%인 NiO/Al2O3를 제조하였다.8.427 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a nickel precursor was dissolved in 5 ml of distilled water, and this aqueous solution was carried on 5 g of Al 2 O 3 support. Stir for 1 hour. The prepared solution was thoroughly dried at 100 ° C. for 12 hours after removing moisture at 70 ° C. and 50 rpm using a rotary evaporator (Eylar N1000). Next, the dried material was fired at 500 ° C. for 2 hours while flowing air at a rate of 2 ° C. min -1 to prepare NiO / Al 2 O 3 having a nickel content of 25 wt%.

[실험예] 에탄올의 환원성 아민화 반응으로부터 에틸아민의 제조[Experimental Example] Preparation of ethylamine from the reductive amination reaction of ethanol

본 발명의 효과를 확인하기 위해 아래와 같은 조건에서 에탄올의 환원성 아민화 반응 실험을 수행하였다. 상기 실시예의 촉매를 U자형 석영 고정층 반응기에 충진하고, 외부 히터를 사용하여 반응온도를 조절하였다. 이때 반응기로 유입되는 반응물과 기체의 공간시간(WHSV)과 에탄올, 암모니아, 수소의 분압을 조절하여 반응을 수행하였다. 생성물은 CP-Volamine 모세관 컬럼(60 x 0.32 mm)와 FID (Flame Ionization Detector)가 장착된 가스 크로마토그래피(Gas Chromatograph, Chrompack, CP 9001)를 사용하여 분석하였다. Carrier Gas로 N2를 활용하였으며, Oven의 온도는 초기 9분간 60 ℃를 유지한 후, 이 후 20 ℃/min으로 200 ℃까지 승온시켜 다시 5분간 유지하였다. In order to confirm the effect of the present invention, a reductive amination reaction of ethanol was carried out under the following conditions. The catalyst of the above example was charged in a U-shaped quartz fixed bed reactor and the reaction temperature was controlled by using an external heater. At this time, the reaction time was controlled by adjusting the space time (WHSV) of the reactant and gas flowing into the reactor and the partial pressure of ethanol, ammonia, and hydrogen. The product was analyzed using a gas chromatography (Gas Chromatograph, Chrompack, CP 9001) equipped with a CP-Volamine capillary column (60 x 0.32 mm) and a Flame Ionization Detector (FID). N 2 was used as a carrier gas. The temperature of the oven was maintained at 60 ° C. for the initial 9 minutes, then increased to 200 ° C. at 20 ° C./min and maintained for 5 minutes.

여기서 에탄올의 전환율, 생성물의 선택도 및 공간시간(WHSV)은 다음과 같은 식으로 계산되었으며, FEtOH와 Fi는 에탄올 및 생성물(에틸렌, 에틸아민, 아세토니트릴)의 몰 유량을 의미하며, MWEtOH와 Ci는 각각 에탄올의 분자량 및 생성물의 탄소수를 의미한다.Here, the conversion of ethanol, the selectivity of product and the time of space (WHSV) were calculated by the following equations: F EtOH and F i are the molar flow rates of ethanol and products (ethylene, ethylamine, acetonitrile) EtOH and C i denotes the number of carbon atoms of the molecular weight and the product of each of ethanol.

[수학식 1] : 에탄올의 전환율[Equation 1]: Conversion rate of ethanol

Figure 112017086232643-pat00001
Figure 112017086232643-pat00001

[수학식 2] : 생성물의 선택도(2): selectivity of product

Figure 112017086232643-pat00002
Figure 112017086232643-pat00002

[수학식 3] : 공간시간(WHSV)[Equation 3] Spatial time (WHSV)

Figure 112017086232643-pat00003
Figure 112017086232643-pat00003

<실험예 1> 촉매의 니켈 함량에 따른 아민화 반응활성 실험<Experimental Example 1> Amination activity of catalyst according to nickel content

상기 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 촉매는 활성인 상태로 전환시키기 위해 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부의 촉매와 접촉하는 대기는 수소로 하여 600 ℃에서 3 시간 동안 유지시켰고, 그 후에 190 ℃까지 냉각시켜 유지시켰다. The catalysts prepared according to Examples 1 to 5 were packed in a fixed-bed reactor operated continuously to convert to the active state. The atmosphere in contact with the catalyst inside the reactor was maintained at 600 ° C for 3 hours with hydrogen, then cooled to 190 ° C and maintained.

그 후에 표준반응 조건으로 상기 활성화된 촉매 0.2 g, 반응온도 190℃, WHSV 0.9 h-1, EtOH/NH3/H2/N2=1/3/6/23.8의 몰비로 총 유량은 50 cm3 min-1로 설정하였다. 여기서, 에탄올의 분압은 3 kPa로 고정하였고, 다른 반응물의 분압을 조절하기 위한 희석제로 질소를 사용하였으며, 상기 조건을 13시간 동안 유지하였다.Thereafter, the total flow rate was set to 50 cm at a molar ratio of 0.2 g of the activated catalyst, a reaction temperature of 190 ° C, a WHSV of 0.9 h -1 and EtOH / NH 3 / H 2 / N 2 = 1/3/6/23.8 3 min &lt; -1 & gt ;. Here, the partial pressure of ethanol was fixed to 3 kPa, nitrogen was used as a diluent for controlling the partial pressure of other reactants, and the above conditions were maintained for 13 hours.

활성화된 실시예 1, 2, 3, 4 및 5의 촉매를 이용하여 하기 표 1의 반응조건으로 촉매의 니켈 함량에 따른 에탄올의 아민화 반응 활성 실험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 1, 도 1 및 도 2에 도시하였다. Using the catalysts of Examples 1, 2, 3, 4 and 5 activated, the amination reaction activity of ethanol according to the nickel content of the catalyst was measured under the reaction conditions shown in Table 1 below. 1 and Fig.

이하에서는 모노에틸아민은 MEA, 디에틸아민은 DEA, 트리에틸아민은 TEA, 그리고 아세토니트릴은 ACN으로 기재하였다.Hereinafter, monoethylamine is referred to as MEA, diethylamine as DEA, triethylamine as TEA, and acetonitrile as ACN.

구분division 촉매catalyst 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
수소
(kPa)
Hydrogen
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
EA 선택도 (%)EA selectivity (%) 선택도 (%)Selectivity (%)
MEAMEA DEADEA TEATEA ACNACN C2H4 C 2 H 4 실험예
1-1
Experimental Example
1-1
실시예 1Example 1 190190 33 99 1818 0.90.9 45.145.1 85.585.5 42.642.6 36.736.7 6.26.2 14.614.6 00
실험예
1-2
Experimental Example
1-2
실시예 2Example 2 190190 33 99 1818 0.90.9 76.576.5 90.190.1 36.636.6 4444 9.59.5 7.27.2 1.41.4
실험예
1-3
Experimental Example
1-3
실시예 3Example 3 190190 33 99 1818 0.90.9 65.365.3 87.087.0 3838 40.640.6 8.48.4 10.610.6 1.81.8
실험예
1-4
Experimental Example
1-4
실시예 4Example 4 190190 33 99 1818 0.90.9 63.663.6 88.888.8 3939 40.840.8 99 9.39.3 1.81.8
실험예
1-5
Experimental Example
1-5
실시예 5Example 5 190190 33 99 1818 0.90.9 59.559.5 89.589.5 4040 41.141.1 8.48.4 8.58.5 1.91.9

상기 표 1 및 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2의 촉매는 니켈의 함량을 제외한 동일 반응 조건에서 76.5 %로 가장 높은 에탄올 전환률을 나타냈으며, 그다음으로 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 1의 순으로 에탄올의 전환율이 감소하는 것으로 나타났다.As shown in Table 1 and FIG. 1, the catalyst of Example 2 exhibited the highest ethanol conversion rate at 76.5% under the same reaction conditions except for the content of nickel, and the highest ethanol conversion was obtained in Example 3, Example 4, Example 5, and Example 1, respectively.

또한, 생성물의 선택도에 대해서는 각 촉매의 Ni 함량에 따른 뚜렷한 차이는 나타나지 않았으며, 상기 실시예 1 내지 실시예 5의 촉매 모두 에틸아민에 대해 90% 이상의 선택도를 가지는 것으로 나타났다. 상기와 같은 결과는 촉매의 금속 표면적 및 금속 분산과 밀접한 관련이 있으며, 높은 금속 분산과 금속 표면적을 가질수록 우수한 촉매 성능을 가지는 것으로 판단된다.In addition, the selectivity of the products was not significantly different according to the Ni content of each catalyst, and the catalysts of Examples 1 to 5 showed a selectivity of 90% or more with respect to ethylamine. The above results are closely related to the metal surface area and the metal dispersion of the catalyst, and the higher the metal dispersion and the metal surface area, the better the catalyst performance.

또한 도 2에 나타난 바와 같이, Ni 함량과는 무관하게 동일한 반응조건에서 에탄올의 전환율이 증가함에 따라 DEA과 TEA의 선택도는 증가하였으며, MEA와 ACN의 선택도는 감소하였다. 이 결과는 에탄올의 환원성 아민화반응은 연속적인 단계로 진행되는 것을 의미하며, 에탄올의 환원성 아민화반응의 경로는 하기 반응식 1과 같다.Also, as shown in FIG. 2, the selectivity of DEA and TEA increased and the selectivity of MEA and ACN decreased with increasing conversion of ethanol under the same reaction conditions regardless of Ni content. This result means that the reductive amination reaction of ethanol proceeds to a continuous stage, and the path of the reductive amination reaction of ethanol is as shown in the following reaction formula 1.

Figure 112017086232643-pat00004
Figure 112017086232643-pat00004

반응식 1. 에탄올의 에틸아민으로의 반응 경로Reaction 1. Reaction path of ethanol to ethylamine

상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 에탄올의 환원성 아민화 반응의 첫 단계는 에탄올을 아세트 알데히드로 탈수소 하는 것이며, 이후에 탄수소화된 아세트 알데히드는 암모니아와 반응하여 아민화 반응 중간체로서 이민을 형성한다. 상기 형성된 이민은 수소화 반응을 통해 MEA로 전환되고, DEA와 TEA는 에틸아민과 에탄올 사이의 연속반응으로 형성된다.As shown in Reaction Scheme 1, the first step in the reductive amination of ethanol is to dehydrogenate ethanol to acetaldehyde, and then the hydrogenated acetaldehyde reacts with ammonia to form an imine as an amination intermediate. The formed imine is converted to MEA through a hydrogenation reaction, and DEA and TEA are formed by a continuous reaction between ethylamine and ethanol.

<실험예 2> 공간속도 변화에 따른 아민화 반응활성 실험Experimental Example 2 Amination Reaction Activity by Spatial Velocity Change

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 공간속도를 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하게 설정하였으며, 하기 표 2의 반응조건으로 공간속도에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 3에 도시하였다. The conditions of the catalyst of Example 2, which was changed to the active state, were set as in Experimental Example 1, except for the space velocity, and the reductive amination reaction of the catalyst according to the space velocity Experiments were conducted. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 2 and FIG.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
수소
(kPa)
Hydrogen
(kPa)
1/WHSV (h)1 / WHSV (h) 평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
EA 선택도 (%)EA selectivity (%) 선택도 (%)Selectivity (%)
MEAMEA DEADEA TEATEA ACNACN C2H2 C 2 H 2 실험예
2-1
Experimental Example
2-1
190190 33 99 1818 0.550.55 81.181.1 88.288.2 33.933.9 43.843.8 10.510.5 10.210.2 1.51.5
실험예
2-2
Experimental Example
2-2
190190 33 99 1818 0.900.90 76.576.5 90.190.1 36.636.6 4444 9.59.5 7.27.2 1.41.4
실험예
2-3
Experimental Example
2-3
190190 33 99 1818 1.231.23 69.569.5 88.288.2 38.538.5 42.242.2 7.57.5 10.410.4 1.41.4
실험예
2-4
Experimental Example
2-4
190190 33 99 1818 1.641.64 54.754.7 85.685.6 40.640.6 38.538.5 6.56.5 13.413.4 1.71.7
실험예
2-5
Experimental Example
2-5
190190 33 99 1818 2.382.38 38.638.6 82.582.5 41.241.2 35.535.5 5.85.8 16.116.1 1.31.3

도 3 및 표 2에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 공간속도가 증가함에 따라 에탄올의 전환율은 81.1%에서 38.6%로 감소하는 것으로 나타났으며, 에틸아민의 선택도는 80%로 유지되었고, 또한 공간속도가 증가함에 따라 MEA의 선택도는 증가하고, DEA 및 TEA의 선택도는 감소되는 것으로 나타났다. 또한, ACN의 선택도는 증가하였으며, 에틸렌의 선택도는 모든 공간속도의 범위에서 무시할만한 정도로 나타났다.As shown in FIG. 3 and Table 2, the conversion rate of ethanol decreased from 81.1% to 38.6% as the space velocity increased, and the selectivity of ethylamine was 80% And the selectivity of MEA was increased and the selectivity of DEA and TEA were decreased as the space velocity was increased. In addition, the selectivity of ACN increased and the selectivity of ethylene was negligible in the range of all space velocities.

상기와 같은 결과는 공간속도에 따른 에틸아민의 생성 분포로부터 공간속도의 증가가 반응물과 촉매 사이의 접촉시간을 감소시켜 연속 반응이 진행되지 않기 때문인 것으로 판단된다.From the above results, it can be concluded that the increase of the space velocity from the production distribution of ethylamine according to the space velocity decreases the contact time between the reactant and the catalyst, and the continuous reaction does not proceed.

<실험예 3> 암모니아 부분압 변화에 따른 아민화 반응활성 실험<Experimental Example 3> Amination reaction activity according to partial pressure of ammonia

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 암모니아 부분압을 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하게 설정하였으며, 하기 표 3의 반응조건으로 암모니아 부분압에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였고, 이 때 상기 암모니아는 EtOH/H2의 몰비 1/6에서 조사하였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 3 및 도 4에 도시하였다. Except that the partial pressure of ammonia was changed to the same value as in Experimental Example 1. The reductive amination reaction of the catalyst according to partial pressure of ammonia was carried out under the reaction conditions shown in Table 3 below, was subjected to the experiment, at this time, the ammonia was investigated in a molar ratio of 1/6 EtOH / H 2. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 3 and FIG.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
수소
(kPa)
Hydrogen
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
EA 선택도 (%)EA selectivity (%) 선택도 (%)Selectivity (%)
MEAMEA DEADEA TEATEA ACNACN C2H2 C 2 H 2 실험예
3-1
Experimental Example
3-1
190190 33 1.51.5 1818 0.90.9 71.271.2 85.985.9 10.610.6 45.145.1 30.230.2 7.47.4 2.62.6
실험예
3-2
Experimental Example
3-2
190190 33 3.03.0 1818 0.90.9 77.077.0 92.292.2 1919 5151 22.222.2 5.55.5 22
실험예
3-3
Experimental Example
3-3
190190 33 6.06.0 1818 0.90.9 76.576.5 88.488.4 31.331.3 45.545.5 11.611.6 7.27.2 1.71.7
실험예
3-4
Experimental Example
3-4
190190 33 9.09.0 1818 0.90.9 73.973.9 90.190.1 36.636.6 4444 9.59.5 8.48.4 1.41.4

상기 표3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 암모니아의 비율이 증가함에 따라 에탄올의 전환율이 감소하였고, 암모니아의 부분압이 3 kPa일 때 가장 높은 전환율인 77%를 나타내었다. 또한, 암모니아의 부분압이 증가함에 따라 활성 부위상에 과량의 암모니아를 차지함으로써 활성 부위가 부족하기 때문에 에탄올의 전환율이 약간 감소하는 것으로 나타났다.As shown in Table 3 and FIG. 4, the conversion rate of ethanol was decreased with the increase of the ammonia ratio in the catalyst prepared in Example 2, and the highest conversion rate of 77% was obtained when the partial pressure of ammonia was 3 kPa . In addition, as the partial pressure of ammonia increased, the amount of ammonia on the active site was occupied, which resulted in a slight decrease in the conversion of ethanol because of the lack of active sites.

한편, 선택도에서는 암모니아 부분압이 증가할수록 MEA의 선택도가 증가하고 부반응인 ACN의 생성도 우세하며, DEA 및 TEA의 선택도는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 암모니아의 농도가 높을수록 MEA의 형성에 유리하고, 또한 촉매 표면상에 에탄올의 흡착을 방해하여 DEA 및 TEA의 형성을 방해하는 것으로 판단된다. On the other hand, in the selectivity, as the partial pressure of ammonia increased, the selectivity of MEA increased and the generation of side reaction ACN predominated, and the selectivity of DEA and TEA decreased. It is considered that the higher the concentration of ammonia, the more favorable the formation of MEA, and the more the ammonia interferes with the adsorption of ethanol on the catalyst surface, thereby hindering the formation of DEA and TEA.

에탄올의 전환율을 고려할 때, 3 kPa의 암모니아 분압이 에탄올의 환원성 아민화 반응에 최적의 농도인 것을 알 수 있었다.Considering the conversion of ethanol, it was found that the ammonia partial pressure of 3 kPa was the optimal concentration for the reductive amination of ethanol.

<실험예 4> 수소 부분압 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험<Experimental Example 4> Reductive amination reaction activity of the catalyst according to the partial pressure of hydrogen

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 수소 부분압을 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하게 설정하였으며, 하기 표 4의 반응조건으로 수소 부분압에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였고, 이 때 상기 수소는 EtOH/NH3의 몰비 1/3에서 조사하였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 4 및 도 5에 도시하였다. Except that the partial pressure of hydrogen was removed using the catalyst of Example 2 which was changed to the active state. The reductive amination reaction of the catalyst according to the hydrogen partial pressure was performed under the reaction conditions shown in Table 4 below was subjected to the experiment, at this time, the hydrogen was investigated in a molar ratio of 1/3 EtOH / NH 3. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 4 and FIG.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
수소
(kPa)
Hydrogen
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
EA 선택도 (%)EA selectivity (%) 선택도 (%)Selectivity (%)
MEAMEA DEADEA TEATEA ACNACN C2H2 C 2 H 2 실험예
4-1
Experimental Example
4-1
190190 33 3.03.0 00 0.90.9 70.270.2 6.46.4 3.33.3 33 0.10.1 93.593.5 0.10.1
실험예
4-2
Experimental Example
4-2
190190 33 3.03.0 6.06.0 0.90.9 75.275.2 52.252.2 13.613.6 28.728.7 9.99.9 46.146.1 1.41.4
실험예4-3Experimental Example 4-3 190190 33 3.03.0 12.012.0 0.90.9 76.676.6 70.370.3 16.116.1 39.139.1 15.115.1 27.727.7 1.91.9 실험예
4-4
Experimental Example
4-4
190190 33 3.03.0 18.018.0 0.90.9 77.977.9 87.487.4 1818 48.348.3 21.121.1 10.410.4 1.91.9
실험예
4-5
Experimental Example
4-5
190190 33 3.03.0 24.024.0 0.90.9 84.584.5 87.387.3 17.917.9 47.847.8 21.621.6 10.110.1 2.52.5

상기 표 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 수소의 부분압 증가에 따른 에탄올의 전환율을 70.2%에서 84.5%로 증가하는 경향을 보여주었다.As shown in Table 4 and FIG. 5, the catalyst prepared in Example 2 tended to increase the conversion of ethanol from 70.2% to 84.5% as the partial pressure of hydrogen increased.

또한 수소가 없는 경우에는 ACN의 선택도가 95% 이상인 것으로 나타났으며, 수소의 부분압이 증가할수록 에틸아민의 선택도가 급걱하게 증가하는 것으로 나타났다. In the absence of hydrogen, the selectivity of ACN was found to be over 95%, and as the partial pressure of hydrogen increased, the selectivity of ethylamine increased sharply.

<실험예 5> 온도 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험<Experimental Example 5> Reductive amination reaction activity of the catalyst according to the temperature change

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 온도를 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하게 설정하였으며, 하기 표 5의 반응조건으로 온도 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 5 및 도 6에 도시하였다. The remainder of the conditions were the same as those of Experimental Example 1 except for the temperature except for the temperature of the catalyst of Example 2 which was converted into the active state. The reductive amination activity of the catalyst Respectively. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 5 and FIG.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
수소
(kPa)
Hydrogen
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
EA 선택도 (%)EA selectivity (%) 선택도 (%)Selectivity (%)
MEAMEA DEADEA TEATEA ACNACN C2H2 C 2 H 2 실험예
5-1
Experimental Example
5-1
170170 33 9.09.0 1818 0.90.9 49.649.6 99.699.6 14.614.6 56.156.1 28.928.9 00 0.10.1
실험예
5-2
Experimental Example
5-2
180180 33 9.09.0 1818 0.90.9 57.157.1 99.599.5 17.117.1 5656 26.426.4 0.50.5 00
실험예5-3Experimental Example 5-3 190190 33 9.09.0 1818 0.90.9 68.968.9 89.389.3 1515 49.249.2 25.125.1 8.88.8 1.41.4 실험예
5-4
Experimental Example
5-4
200200 33 9.09.0 1818 0.90.9 74.474.4 85.685.6 13.913.9 46.846.8 24.924.9 12.412.4 22
실험예
5-5
Experimental Example
5-5
210210 33 9.09.0 1818 0.90.9 87.887.8 61.661.6 10.410.4 33.833.8 17.417.4 18.618.6 4.64.6

상기 표 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 반응 온도가 증가함에 따라 반응 온도 210℃에서 에탄올의 전환율은 87.8%로 증가하는 경향을 보여주었다. 반면에, 에틸아민에 대한 선택도는 감소하고, ACN 및 에틸렌의 선택도는 증가하는 것으로 나타났다.As shown in Table 5 and FIG. 6, the catalyst prepared in Example 2 tended to increase the conversion of ethanol to 87.8% at a reaction temperature of 210 ° C. as the reaction temperature increased. On the other hand, the selectivity to ethylamine decreased and the selectivity to ACN and ethylene increased.

<실험예 6> 암모니아 및 수소 유무에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험Experimental Example 6 Reductive Amination Reaction Activity of Catalyst with and without Ammonia and Hydrogen

상기 실험예 3 및 실험예 4에 따라, 암모니아 및 수소의 분압이 에탄올 전환 및 에틸아민에 대한 선택도에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 에탄올의 환원성 아민화 반응에 대한 반응물의 효과를 더 잘 이해하기 위해, 실시예 2의 촉매를 암모니아 또는 수소의 온/오프 실험을 수행하였다.According to Experimental Example 3 and Experimental Example 4, the partial pressures of ammonia and hydrogen showed significant influence on ethanol conversion and ethylamine selectivity. In order to better understand the effect of the reactants on the reductive amination of ethanol, the on / off experiments of ammonia or hydrogen of the catalyst of Example 2 were performed.

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 수소와 암모니아의 부분압을 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하게 설정하였으며, 하기 표 6의 반응조건으로 수소 및 암모니아 부분압에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였고, 이 때 암모니아 또는 수소가 반응물 스트림에 존재하지 않을 때 질소 희석제를 사용하여 다른 반응물의 몰비를 제어하였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 6 및 도 7에 도시하였다.Except that the partial pressures of hydrogen and ammonia were the same as those of Experimental Example 1 except for partial pressures of hydrogen and ammonia. The catalysts according to partial pressures of hydrogen and ammonia under the reaction conditions of Table 6 A reductive amination reaction activity experiment was conducted where the molar ratio of the other reactants was controlled using a nitrogen diluent when no ammonia or hydrogen was present in the reactant stream. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 6 and FIG.

구분division 실험예 6Experimental Example 6 NH3/H2
부분압(kPa)
NH 3 / H 2
Partial pressure (kPa)
NH3/H2 = 3/6NH 3 / H 2 = 3/6 평균 전환율(%)Average conversion rate (%) 76.676.6
선택도
(%)
Selectivity
(%)
MEAMEA 14.914.9
DEADEA 49.249.2 TEATEA 28.128.1 ACNACN 6.36.3 C2H4 C 2 H 4 1.51.5 NH3/H2 = 0/6NH 3 / H 2 = 0/6 평균 전환율(%)Average conversion rate (%) 14.714.7 선택도
(%)
Selectivity
(%)
MEAMEA 00
DEADEA 00 TEATEA 00 ACNACN 00 C2H4 C 2 H 4 71.171.1 NH3/H2 = 3/6NH 3 / H 2 = 3/6 평균 전환율(%)Average conversion rate (%) 70.470.4 선택도
(%)
Selectivity
(%)
MEAMEA 15.015.0
DEADEA 46.846.8 TEATEA 20.220.2 ACNACN 7.97.9 C2H4 C 2 H 4 2.22.2 NH3/H2 = 3/0NH 3 / H 2 = 3/0 평균 전환율(%)Average conversion rate (%) 70.570.5 선택도
(%)
Selectivity
(%)
MEAMEA 2.82.8
DEADEA 3.73.7 TEATEA 00 ACNACN 86.486.4 C2H4 C 2 H 4 0.90.9 NH3/H2 = 3/6NH 3 / H 2 = 3/6 평균 전환율(%)Average conversion rate (%) 67.167.1 선택도
(%)
Selectivity
(%)
MEAMEA 17.717.7
DEADEA 50.650.6 TEATEA 22.822.8 ACNACN 9.19.1 C2H4 C 2 H 4 2.82.8

상기 표 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 반응물 스트림에서 암모니아를 제거하면 에탄올의 전환율은 약 15%로 감소하고, 질소함유 화합물을 형성할 수 없기 때문에 탈수/탈수소 생성물로서 C2H4, C2H6 및 아세트 알데히드가 생성된다. As shown in Table 6 and Figure 7, when ammonia is removed from the reactant stream, the conversion of ethanol is reduced to about 15%, and since the nitrogen-containing compound can not be formed, the dehydration / dehydrogenation products include C 2 H 4 , C 2 H 6 and acetaldehyde are produced.

상기 암모니아가 제거된 반응물 스트림에서 다시 표준 반응조건으로 전환하면, 에탄올의 전환율과 선택도 수준은 거의 초기 수준으로 회복된다. 여기서 수소를 제거하면 에탄올 전환율에 큰 변화는 없지만, ACN이 주로 생성되고, 에틸아민은 소량만 생성되는 것을 확인할 수 있다. Conversion of the ammonia-depleted reactant stream back to standard reaction conditions will restore the conversion and selectivity levels of ethanol to near initial levels. Here, the removal of hydrogen shows no significant change in the ethanol conversion, but ACN is mainly produced and only a small amount of ethylamine is produced.

ACN의 선택성의 증가는 에탄올의 아민화 반응에서 생성되는 중간체 이민의 탈수소화에서 기인하는 것으로 판단되며, 이러한 결과는 수소의 존재가 에탄올로부터 에틸아민으로의 생성을 제어하는 중요한 매개 변수인 것으로 확인할 수 있다.The increase in the selectivity of ACN is believed to be due to the dehydrogenation of the intermediate imines formed in the amination reaction of ethanol, and this result confirms that the presence of hydrogen is an important parameter controlling the production of ethanol to ethylamine have.

또한, 상기 수소가 제거된 반응물 스트림에서 다시 표준 반응조건으로 전환하면, 에탄올의 전환율과 선택도 수준은 거의 초기 수준으로 회복되며, 에탄올 전환율 및 생성물의 선택도는 반응물 조성에 의해 크게 영향을 받는 것으로 확인하였다.In addition, when the hydrogen is removed from the reactant stream to the standard reaction condition, the conversion and selectivity of ethanol are restored to almost the initial level, and the ethanol conversion and product selectivity are greatly influenced by the reactant composition Respectively.

<실험예 7> 환원성 아민화 반응 시간의 경과에 따른 촉매의 안정성 측정 실험&Lt; Experimental Example 7 > Measurement of stability of catalyst over time during reductive amination reaction

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 EtOH/NH3/H2/N2=1/1/6/25.8의 몰비로 하여 상기 실험예 1과 동일한 조건으로 시간경과에 따른 에탄올의 환원성 아민화 반응의 안정성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 7 및 도 8에 나타내었다. Using the catalyst of Example 2 which was converted into the active state, the reaction was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1 at a molar ratio of EtOH / NH 3 / H 2 / N 2 = 1/1/6 / 25.8 The stability of the reductive amination reaction was tested. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 7 and FIG.

구분division 전환률 (%)Conversion Rate (%) 에틸아민 선택도 (%)Ethylamine selectivity (%) 0.3 h0.3 h 90 h90 h 0.08 h0.08 h 90 h90 h 실험예 7Experimental Example 7 81.981.9 68.268.2 MEAMEA DEADEA TEATEA MEAMEA DEADEA TEATEA 19.119.1 40.940.9 20.320.3 17.017.0 43.743.7 21.821.8

상기 표 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매의 에탄올 전환율은 5시간까지 81%에서 69%로 점차적으로 감소한 후 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 또한, 에틸아민 선택도는 반응시간 90 시간동안 80% 이상 유지되며, 각 에틸아민의 선택도는 MEA/DEA/TEA = 22/43/17로 거의 일정하게 유지되었다. As shown in Table 7 and FIG. 8, the ethanol conversion of the catalyst prepared in Example 2 gradually decreased from 81% to 69% until 5 hours, and then remained stable. In addition, ethylamine selectivity was maintained at 80% or more for a reaction time of 90 hours, and the selectivity of each ethylamine was kept almost constant at MEA / DEA / TEA = 22/43/17.

이에 따라, 본 발명에 따른 Ni/Al2O3 촉매는 에틸아민을 제조하기 위한 에탄올의 환원성 아민화 반응시에 열적-기계적으로 높은 안정성을 가지는 것을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that the Ni / Al 2 O 3 catalyst according to the present invention has high thermo-mechanical stability during the reductive amination reaction of ethanol to produce ethylamine.

[실험예] 에탄올의 환원성 아민화 반응으로부터 아세토니트릴의 제조[Experimental Example] Preparation of acetonitrile from the reductive amination reaction of ethanol

본 발명의 효과를 확인하기 위해 아래와 같은 조건에서 에탄올의 환원성 아민화 반응 실험을 수행하였다. 상기 실시예의 촉매를 U자형 석영 고정층 반응기에 충진하고, 외부 히터를 사용하여 반응온도를 조절하였다. 이때 반응기로 유입되는 반응물과 기체의 공간시간(WHSV)과 에탄올 및 암모니아의 분압을 조절하여 반응을 수행하였다. 생성물은 CP-Volamine 모세관 컬럼(60 x 0.32 mm)와 FID (Flame Ionization Detector)가 장착된 가스 크로마토그래피(Gas Chromatograph, Chrompack, CP 9001)를 사용하여 분석하였다. Carrier Gas로 N2를 활용하였으며, Oven의 온도는 초기 9분간 60 ℃를 유지한 후, 이 후 20 ℃/min으로 200 ℃까지 승온시켜 다시 5분간 유지하였다. In order to confirm the effect of the present invention, a reductive amination reaction of ethanol was carried out under the following conditions. The catalyst of the above example was charged in a U-shaped quartz fixed bed reactor and the reaction temperature was controlled by using an external heater. At this time, the reaction was carried out by adjusting the space time (WHSV) of the reactant and gas introduced into the reactor, and the partial pressure of ethanol and ammonia. The product was analyzed using a gas chromatography (Gas Chromatograph, Chrompack, CP 9001) equipped with a CP-Volamine capillary column (60 x 0.32 mm) and a Flame Ionization Detector (FID). N 2 was used as a carrier gas. The temperature of the oven was maintained at 60 ° C. for the initial 9 minutes, then increased to 200 ° C. at 20 ° C./min and maintained for 5 minutes.

<실험예 8> 암모니아 부분압 변화에 따른 아민화 반응활성 실험<Experimental Example 8> Amination reaction activity according to partial pressure of ammonia

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

그 후에 표준반응 조건으로 상기 활성화된 촉매 0.2 g, 반응온도 190℃, WHSV 0.9 h-1로 설정하였고, 에탄올의 분압은 3 kPa로 고정하였으며, 총 유량은 50 cm3 min-1로 설정하였다. 여기서, 다른 반응물의 분압을 조절하기 위한 희석제로 질소를 사용하였으며, 상기 조건을 13시간 동안 유지하였다.Thereafter, the activated catalyst was set to 0.2 g, the reaction temperature was 190 ° C., the WHSV was 0.9 h -1 , the partial pressure of ethanol was fixed at 3 kPa, and the total flow rate was set at 50 cm 3 min -1 . Here, nitrogen was used as a diluent for controlling the partial pressures of other reactants, and the above conditions were maintained for 13 hours.

하기 표 3의 반응조건으로 암모니아 부분압에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 8, 도 9에 도시하였다. The reductive amination reaction activity of the catalyst according to the partial pressure of ammonia was tested under the reaction conditions shown in Table 3 below. The results are shown in Tables 8 and 9 below.

이하에서는 아세토니트릴은 ACN, 모노에틸아민은 MEA, 디에틸아민은 DEA로 기재하였다.Hereinafter, acetonitrile is described as ACN, monoethylamine as MEA, and diethylamine as DEA.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
비활성화율
(%)
Deactivation rate
(%)
선택도 (%)Selectivity (%)
ACNACN MEAMEA DEADEA C2H4 C 2 H 4 실험예
8-1
Experimental Example
8-1
190190 33 33 0.90.9 55.655.6 14.514.5 88.088.0 6.26.2 5.65.6 0.20.2
실험예
8-2
Experimental Example
8-2
190190 33 66 0.90.9 55.855.8 -0.2-0.2 89.989.9 6.76.7 2.52.5 0.80.8
실험예
8-3
Experimental Example
8-3
190190 33 99 0.90.9 45.645.6 -13.6-13.6 93.593.5 5.25.2 -- 1.01.0
실험예
8-4
Experimental Example
8-4
190190 33 1515 0.90.9 37.637.6 -14.6-14.6 92.492.4 5.25.2 -- 1.41.4
실험예
8-5
Experimental Example
8-5
190190 33 2121 0.90.9 37.137.1 -17.8-17.8 93.493.4 5.05.0 -- 1.61.6

상기 표 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 암모니아의 부분압이 6일 때 가장 높은 에탄올 전환율을 나타내었으며, 9 kPa일 때 가장 높은 ACN 선택도인 93.5%를 나타내었다. As shown in Table 8 and FIG. 9, the catalyst prepared in Example 2 exhibited the highest ethanol conversion when the partial pressure of ammonia was 6, and the highest ACN selectivity of 93.5% at 9 kPa .

에탄올의 전환율을 고려할 때, 6 kPa의 암모니아 부분압이 에탄올의 환원성 아민화 반응에 최적의 농도인 것을 알 수 있었다.Considering the conversion of ethanol, it was found that the partial pressure of ammonia of 6 kPa was the optimal concentration for the reductive amination reaction of ethanol.

<실험예 9> 온도 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험(NH3/EtOH=2/1)Experimental Example 9 Reductive Amination Reaction Activity of Catalyst (NH 3 / EtOH = 2/1)

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 온도를 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 8과 동일하게 설정하였으며, 암모니아의 부분압은 6 kPa로 설정하였다. 하기 표 9의 반응조건으로 온도 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 9 및 도 10에 도시하였다. Using the catalyst of Example 2, which was converted into the activated state, the remaining conditions except for the temperature were set as in Experimental Example 8, and the partial pressure of ammonia was set to 6 kPa. The reductive amination reaction activity of the catalyst according to the temperature change was performed under the reaction conditions shown in Table 9 below. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 9 and FIG. 10 below.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
비활성화율
(%)
Deactivation rate
(%)
선택도 (%)Selectivity (%)
ACNACN MEAMEA DEADEA C2H4 C 2 H 4 실험예
9-1
Experimental Example
9-1
180180 33 66 0.90.9 24.124.1 -2.1-2.1 89.989.9 9.39.3 -- 0.50.5
실험예
9-2
Experimental Example
9-2
190190 33 66 0.90.9 55.855.8 -0.2-0.2 89.989.9 6.76.7 2.52.5 0.80.8
실험예
9-3
Experimental Example
9-3
200200 33 66 0.90.9 68.168.1 3.03.0 90.290.2 5.05.0 2.22.2 1.51.5
실험예
9-4
Experimental Example
9-4
210210 33 66 0.90.9 82.682.6 0.20.2 93.693.6 3.23.2 1.21.2 1.81.8
실험예
9-5
Experimental Example
9-5
220220 33 66 0.90.9 88.088.0 6.26.2 96.996.9 2.02.0 0.00.0 1.91.9

상기 표 9 및 도 10에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 반응 온도가 증가함에 따라 반응 온도 220℃에서 에탄올의 전환율은 88.0%로 가장 높은 전환율을 나타냈으며, ACN에 대한 선택도 역시 220℃에서 96.9%로 가장 높게 나타났다.As shown in Table 9 and FIG. 10, as the reaction temperature increased, the catalyst prepared in Example 2 exhibited the highest conversion rate of ethanol at a reaction temperature of 220 ° C, which was 88.0%, and the selectivity to ACN The highest value was 96.9% at 220 ℃.

에탄올의 전환율을 고려할 때, 6 kPa의 암모니아 부분압에서는 220℃가 에탄올의 환원성 아민화 반응에 최적의 온도인 것을 알 수 있었다.Considering the conversion of ethanol, it was found that 220 캜 is the optimal temperature for the reductive amination of ethanol at 6 kPa partial pressure of ammonia.

<실험예 10> 온도 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험(NH3/EtOH=3/1)<Experimental Example 10> Reductive amination reaction activity (NH 3 / EtOH = 3/1)

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 온도를 제외하고 나머지 조건은 상기 실험예 8과 동일하게 설정하였으며, 암모니아의 부분압은 9 kPa로 설정하였다. 하기 표 9의 반응조건으로 온도 변화에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시였다. 반응 생성물은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 10 및 도 11에 도시하였다. Using the catalyst of Example 2 which was converted into the active state, the remaining conditions except for the temperature were set as in Experimental Example 8, and the partial pressure of ammonia was set to 9 kPa. The reductive amination reaction activity of the catalyst according to the temperature change was performed under the reaction conditions shown in Table 9 below. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 10 and Fig.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
공간속도
(h-1)
Space velocity
(h -1 )
평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
비활성화율
(%)
Deactivation rate
(%)
선택도 (%)Selectivity (%)
ACNACN MEAMEA DEADEA C2H4 C 2 H 4 실험예
10-1
Experimental Example
10-1
190190 33 99 0.90.9 45.945.9 -3.6-3.6 93.893.8 5.25.2 -- 1.01.0
실험예
10-2
Experimental Example
10-2
200200 33 99 0.90.9 53.453.4 0.90.9 95.095.0 4.64.6 -- 0.90.9
실험예
10-3
Experimental Example
10-3
210210 33 99 0.90.9 75.375.3 1.91.9 94.294.2 5.45.4 -- 1.01.0
실험예
10-4
Experimental Example
10-4
220220 33 99 0.90.9 89.089.0 2.52.5 96.296.2 3.43.4 -- 1.71.7
실험예
10-5
Experimental Example
10-5
230230 33 99 0.90.9 92.892.8 0.40.4 95.895.8 2.92.9 -- 2.12.1
실험예
10-6
Experimental Example
10-6
240240 33 99 0.90.9 92.492.4 4.64.6 97.097.0 2.02.0 -- 2.02.0

상기 표 10 및 도 11에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 반응 온도가 증가함에 따라 반응 온도 230℃에서 에탄올의 전환율은 92.8%로 가장 높은 전환율을 나타냈으며, ACN에 대한 선택도는 240℃에서 97.0%, 230℃에서 95.8%로 높게 나타났다.As shown in Table 10 and FIG. 11, as the reaction temperature increased, the catalyst prepared in Example 2 exhibited the highest conversion ratio of ethanol at a reaction temperature of 230 ° C., which was 92.8%, and the selectivity to ACN Was 97.0% at 240 ° C and 95.8% at 230 ° C.

에탄올의 전환율을 고려할 때, 9 kPa의 암모니아 부분압에서는 230℃가 에탄올의 환원성 아민화 반응에 최적의 온도인 것을 알 수 있었으며, 9 kPa의 암모니아 부분압에서의 에탄올 전환율과 ACN 선택도가 6kPa의 암모니아 부분압에서의 에탄올 전환율과 ACN 선택도보다 더 우수한 것으로 판단하였다.Considering the conversion of ethanol, it was found that 230 ℃ was the optimal temperature for the reductive amination of ethanol at 9 kPa partial pressure. The ethanol conversion and the ACN selectivity at 9 kPa partial pressure of ammonia were 6 kPa ammonia partial pressure And the selectivity of ACN was better than that of ethanol.

<실험예 11> 공간속도 변화에 따른 아민화 반응활성 실험<Experimental Example 11> Amination reaction activity according to spatial velocity change

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

그 후에 공간속도를 제외하고 표준반응 조건으로 상기 활성화된 촉매 0.2 g, 반응온도 230℃, EtOH/NH3/N2=1/3/29.8의 몰비로 총 유량은 50 cm3 min-1로 설정하였다. 여기서, 에탄올의 분압은 3 kPa로 고정하였고, 다른 반응물의 분압을 조절하기 위한 희석제로 질소를 사용하였으며, 상기 조건을 13시간 동안 유지하였다.The total flow rate was then set to 50 cm 3 min -1 at a molar ratio of 0.2 g of the activated catalyst, a reaction temperature of 230 ° C. and EtOH / NH 3 / N 2 = 1/3 / 29.8 under standard reaction conditions, Respectively. Here, the partial pressure of ethanol was fixed to 3 kPa, nitrogen was used as a diluent for controlling the partial pressure of other reactants, and the above conditions were maintained for 13 hours.

구분division 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(° C)
에탄올
(kPa)
ethanol
(kPa)
암모
니아
(kPa)
Ammo
Nia
(kPa)
1/WHSV (h)1 / WHSV (h) 평균
전환율
(%)
Average
Conversion Rate
(%)
비활성화율
(%)
Deactivation rate
(%)
선택도 (%)Selectivity (%)
ACNACN MEAMEA DEADEA C2H4 C 2 H 4 실험예
11-1
Experimental Example
11-1
230230 33 99 1.11.1 82.682.6 0.20.2 93.693.6 3.23.2 1.21.2 1.81.8
실험예
11-2
Experimental Example
11-2
230230 33 99 0.910.91 73.173.1 0.30.3 91.791.7 4.34.3 2.12.1 1.71.7
실험예
11-3
Experimental Example
11-3
230230 33 99 0.550.55 50.450.4 3.63.6 96.096.0 2.62.6 -- 1.21.2
실험예
11-4
Experimental Example
11-4
230230 33 99 0.390.39 34.034.0 -0.9-0.9 96.396.3 2.62.6 -- 0.90.9
실험예
11-5
Experimental Example
11-5
230230 33 99 0.30.3 29.429.4 -1.4-1.4 96.996.9 1.71.7 -- 1.01.0
실험예
11-6
Experimental Example
11-6
230230 33 99 0.270.27 25.225.2 9.09.0 97.297.2 1.71.7 -- 0.80.8

상기 표 11 및 도 12에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 공간속도가 증가함에 따라 에탄올의 전환율은 82.6%에서 25.2%로 감소하는 것으로 나타났으며, ACN의 선택도는 91.7% 내지 97.2%로 높게 나타났다. 또한 공간속도가 증가함에 따라 MEA, DEA 및 C2H4의 선택도가 감소되는 것으로 나타났다. As shown in Table 11 and FIG. 12, the conversion rate of ethanol from the catalyst prepared in Example 2 decreased from 82.6% to 25.2% as the space velocity increased, and the selectivity of ACN was 91.7% To 97.2%, respectively. Also, the selectivity of MEA, DEA and C 2 H 4 decreased with increasing space velocity.

에탄올의 전환율을 고려할 때, 공간속도는 0.90 h-1일 때가 최적의 공간속도인 것을 알 수 있었다.Considering the conversion of ethanol, it was found that the space velocity was the optimum space velocity when 0.90 h -1 .

<실험예 12> 환원성 아민화 반응 시간의 경과에 따른 촉매의 안정성 측정 실험&Lt; Experimental Example 12 > Experiments on the stability of catalysts over time of reductive amination reaction

상기 실시예 2에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. The catalyst prepared according to Example 2 was activated in the same manner as in Experimental Example 1 above.

활성인 상태로 전환된 실시예 2의 촉매를 이용하여 상기 실험예 11과 동일한 조건으로 하고, 공간속도는 0.90 h-1로 설정한 후에 시간경과에 따른 에탄올의 환원성 아민화 반응의 안정성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 표 12 및 도 13에 나타내었다. Using the catalyst of Example 2 which was converted into the active state, the same conditions as those of Experimental Example 11 were set, and the space velocity was set to 0.90 h -1 , and then the stability test of the reductive amination reaction of ethanol with time was carried out Respectively. The reaction products were analyzed using gas chromatography, and the results are shown in Table 12 and FIG.

구분division 전환률 (%)Conversion Rate (%) 선택도 (%)Selectivity (%) 0.3 h0.3 h 100 h100 h 0.08 h0.08 h 90 h90 h 실험예 12Experimental Example 12 91.591.5 78.278.2 ACNACN MEAMEA C2H4 C 2 H 4 ACNACN MEAMEA C2H4 C 2 H 4 95.995.9 2.72.7 2.42.4 97.697.6 2.02.0 1.41.4

상기 표 12 및 도 13에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매의 에탄올 전환율은 100시간까지 91.5%에서 78.2%로 점차적으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한, ACN 선택도는 반응시간 100 시간동안 95% 이상 유지되었다. As shown in Table 12 and FIG. 13, the ethanol conversion of the catalyst prepared in Example 2 gradually decreased from 91.5% to 78.2% by 100 hours. Also, the ACN selectivity was maintained above 95% during the reaction time of 100 hours.

이에 따라, 본 발명에 다른 실시예에 따른 Ni/Al2O3 촉매는 아세토니트릴을 제조하기 위한 에탄올의 환원성 아민화 반응시에 열적-기계적으로 높은 안정성을 가지는 것을 확인하였다.Accordingly, it has been confirmed that the Ni / Al 2 O 3 catalyst according to another embodiment of the present invention has high thermo-mechanical stability during the reductive amination of ethanol to produce acetonitrile.

또한, 본 발명에 따른 Ni/Al2O3 촉매는 반응 조건에 따라, 에틸아민과 아세토니트릴의 선택성을 조절할 수 있는 특징이 있어, 하나의 촉매를 이용하여 필요에 따라 에틸아민 또는 아세토니트릴의 제조가 용이하다.The Ni / Al 2 O 3 catalyst according to the present invention is characterized in that the selectivity of ethylamine and acetonitrile can be controlled according to the reaction conditions. Therefore, the production of ethylamine or acetonitrile .

Claims (19)

에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 에틸아민을 제조하는 방법에 있어서,
(a) Ni/Al2O3 촉매를 준비하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 촉매를 수소와 접촉시켜 활성화 시키는 단계;
(c) 소정비율의 에탄올 및 암모니아를 수소의 존재 하에서 상기 (b) 단계의 수소로 활성화된 촉매와 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 (c)단계에서의 수소/에탄올의 분압비는 6 ~ 20이며, 암모니아/에탄올의 분압비는 0.5 ~ 5인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민의 제조방법.
A process for the production of ethylamine by reductive amination of ethanol,
(a) preparing a Ni / Al 2 O 3 catalyst;
(b) activating the catalyst of step (a) in contact with hydrogen;
(c) mixing a predetermined proportion of ethanol and ammonia with the hydrogen-activated catalyst of step (b) in the presence of hydrogen to form an amination reaction mixture,
Wherein the partial pressure ratio of hydrogen / ethanol in step (c) is 6 to 20, and the partial pressure ratio of ammonia / ethanol is 0.5 to 5. The method according to claim 1,
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 Ni/Al2O3 촉매의 제조는
(d-1) 니켈 전구체 수용액을 알루미나와 혼합하여 교반시키는 단계;
(d-2) 상기 (d-1) 단계의 혼합물을 건조시키는 단계; 및
(d-3) 상기 (d-2) 단계의 건조된 혼합물을 소성시키는 단계;를 포함하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민의 제조방법.
The method according to claim 1,
The preparation of the Ni / Al 2 O 3 catalyst
(d-1) mixing the nickel precursor aqueous solution with alumina and stirring the mixture;
(d-2) drying the mixture of step (d-1); And
(d-3) calcining the dried mixture of step (d-2).
삭제delete 제 3 항에 있어서,
상기 니켈 전구체는 염화 니켈, 아세트산 니켈, 질산 니켈 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the nickel precursor is one selected from the group consisting of nickel chloride, nickel acetate, nickel nitrate, and mixtures thereof.
제 3 항에 있어서,
상기 (d-3) 단계의 소성은 1 내지 3 ℃ min-1의 승온 속도로 공기흐름 하에서 400 내지 600 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the calcination in the step (d-3) is carried out at a temperature rising rate of 1 to 3 占 폚 min -1 at a temperature of 400 to 600 占 폚 under an air flow.
제 1 항에 있어서,
상기 (c)단계의 반응은 상압 이하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 에틸아민의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction of step (c) is carried out at atmospheric pressure or lower.
제 1 항에 있어서,
니켈의 담지량은 촉매의 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 5 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 에틸아민의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of nickel supported is in the range of 5 to 25% by weight of nickel relative to the total weight of the catalyst.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 아민화 반응에서의 공간속도는 0.1 내지 2.0 h-1이고, 온도는 150 내지 250 ℃인 것을 특징으로 하는 에틸아민의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the space velocity in the amination reaction is 0.1 to 2.0 h &lt; -1 &gt;, and the temperature is 150 to 250 &lt; 0 &gt; C.
에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 아세토니트릴을 제조하는 방법에 있어서,
(i) Ni/Al2O3 촉매를 준비하는 단계;
(ii) 상기 (i)단계의 촉매를 수소와 접촉시켜 활성화 시키는 단계;
(iii) 소정비율의 에탄올 및 암모니아를 상기 (ii)단계의 수소로 활성화된 촉매와 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 (iii)단계에서 암모니아/에탄올의 분압비는 1.5~ 5인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법.
A method for producing acetonitrile by reductive amination of ethanol,
(i) preparing a Ni / Al 2 O 3 catalyst;
(ii) activating the catalyst of step (i) in contact with hydrogen;
(iii) mixing a predetermined proportion of ethanol and ammonia with the hydrogen-activated catalyst of step (ii) to form an amination reaction mixture,
Wherein the partial pressure ratio of ammonia to ethanol in the step (iii) is 1.5 to 5. The method according to claim 1, wherein the ammonia /
삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 Ni/Al2O3 촉매의 제조는
(d-1) 니켈 전구체 수용액을 알루미나와 혼합하여 교반시키는 단계;
(d-2) 상기 (d-1) 단계의 혼합물을 건조시키는 단계; 및
(d-3) 상기 (d-2) 단계의 건조된 혼합물을 소성시키는 단계;를 포함하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The preparation of the Ni / Al 2 O 3 catalyst
(d-1) mixing the nickel precursor aqueous solution with alumina and stirring the mixture;
(d-2) drying the mixture of step (d-1); And
(d-3) calcining the dried mixture of step (d-2). The method of producing acetonitrile by reductive amination of ethanol.
삭제delete 제 13 항에 있어서,
상기 니켈 전구체는 염화 니켈, 아세트산 니켈, 질산 니켈 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the nickel precursor is one selected from the group consisting of nickel chloride, nickel acetate, nickel nitrate, and mixtures thereof.
제 13 항에 있어서,
상기 (d-3) 단계의 소성은 1 내지 3 ℃ min-1의 승온 속도로 공기흐름 하에서 400 내지 600 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the calcination in the step (d-3) is carried out at a temperature rising rate of 1 to 3 占 폚 min -1 at a temperature of 400 to 600 占 폚 under an air flow.
제 11 항에 있어서,
상기 (iii)단계의 반응은 상압 이하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의한 아세토니트릴의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the reaction of step (iii) is carried out at atmospheric pressure or less.
제 11 항에 있어서,
니켈의 담지량은 촉매의 전체 중량에 대하여 니켈 함량이 5 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 에탄올의 환원성 아민화 반응에 의하여 아세토니트릴의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the amount of nickel supported is in the range of 5 to 25% by weight of nickel relative to the total weight of the catalyst.
제 11 항에 있어서,
상기 아민화 반응에서의 공간속도는 0.1 내지 2.0 h-1이고, 온도는 180 내지 280 ℃인 것을 특징으로 하는 아세토니트릴의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the space velocity in the amination reaction is 0.1 to 2.0 h &lt; -1 &gt;, and the temperature is 180 to 280 &lt; 0 &gt; C.
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