KR102210508B1 - Preparing method of catalyst for dehydration of glycerin, and preparing method of acrolein - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법, 이에 따라 제조된 글리세린 탈수 반응용 촉매 및 아크롤레인의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 제조 방법에 따르면 부산물의 생성을 최소화하여 아크롤레인의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 충분한 기계적 강도를 가지므로 실제 공정상 적용이 가능한 글리세린 탈수 반응용 촉매를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method of preparing a catalyst for a glycerin dehydration reaction, a catalyst for a glycerin dehydration reaction and a method for preparing acrolein prepared accordingly, and according to the manufacturing method, the selectivity of acrolein can be improved by minimizing the generation of by-products. In addition, since it has sufficient mechanical strength, it is possible to prepare a catalyst for glycerin dehydration reaction that can be applied in an actual process.

Description

글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법 및 아크롤레인의 제조 방법{PREPARING METHOD OF CATALYST FOR DEHYDRATION OF GLYCERIN, AND PREPARING METHOD OF ACROLEIN}A method for producing a catalyst for glycerin dehydration and a method for producing acrolein TECHNICAL FIELD [PREPARING METHOD OF CATALYST FOR DEHYDRATION OF GLYCERIN, AND PREPARING METHOD OF ACROLEIN]

본 발명은 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법, 이에 따라 제조된 글리세린 탈수 반응용 촉매 및 아크롤레인의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 부산물의 생성을 최소화하여 아크롤레인의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 충분한 기계적 강도를 가지므로 실제 공정상 적용이 가능한 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a catalyst for a glycerin dehydration reaction, a catalyst for a glycerin dehydration reaction prepared accordingly, and a method for preparing acrolein, and more specifically, it is possible to improve the selectivity of acrolein by minimizing the generation of by-products. Rather, it relates to a method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction that can be applied in an actual process because it has sufficient mechanical strength.

*아크롤레인은 단순한 불포화 알데하이드 화합물로, 불완전한 반응기를 포함하여 높은 반응성을 가지며, 다양한 화합물의 합성을 위한 주요 중간체로 사용된다. 특히, 아크롤레인은 아크릴산, 아크릴산 에스테르, 고흡수성 수지, 동물 사료 보충물, 또는 식품 보충제 등의 합성을 위한 중간생성물로서 널리 사용되어 왔다.*Acrolein is a simple unsaturated aldehyde compound, has high reactivity including incomplete reactive groups, and is used as a major intermediate for the synthesis of various compounds. In particular, acrolein has been widely used as an intermediate product for the synthesis of acrylic acid, acrylic acid ester, superabsorbent resin, animal feed supplement, or food supplement.

이러한 아크롤레인을 기존에는 주로 석유공정에서 합성된 프로필렌을 출발물질로 하여 대기 산소와 선택적인 기상 산화반응을 통해서 제조하였다. 하지만 화석 연료의 감소 및 온실효과와 같은 환경문제가 점차 대두됨에 따라서, 화석연료에 기반을 두지 않는 재생 가능한 원료를 사용하여 아크롤레인을 합성하는 방법에 관한 연구가 다수 진행되었다.In the past, such acrolein was prepared mainly through atmospheric oxygen and selective gas phase oxidation reactions using propylene synthesized in an petroleum process as a starting material. However, as environmental problems such as the reduction of fossil fuels and the greenhouse effect gradually emerged, many studies on the method of synthesizing acrolein using renewable raw materials that are not based on fossil fuels have been conducted.

이에 따라, 천연생산물로서 바이오디젤을 합성하는 공정의 부산물로 수득할 수 있는 글리세린이 아크롤레인 제조의 원료 물질로 많은 관심을 받고 있다. 특히, 글리세린의 시장규모는 바이오디젤의 생산량에 따라서 증가되고 있으며, 글리세린의 가격 하락으로 인하여 이를 산업적으로 적용할 수 있는 방법이 연구되고 있다. Accordingly, as a natural product, glycerin, which can be obtained as a by-product of the process of synthesizing biodiesel, has attracted much attention as a raw material for manufacturing acrolein. In particular, the market size of glycerin is increasing according to the production amount of biodiesel, and a method that can be applied industrially is being studied due to the decrease in the price of glycerin.

일례로, 글리세린을 촉매의 존재하에 탈수화시켜 아크롤레인 및 아크릴산의 혼합물의 형태로서 수득하는 방법이 알려져 있다. 상기 글리세린의 탈수화 반응은 촉매의 존재하에 기상 산화반응으로 진행되며, 촉매의 사용이 필수적이다. As an example, a method of dehydrating glycerin in the presence of a catalyst to obtain it in the form of a mixture of acrolein and acrylic acid is known. The dehydration reaction of glycerin proceeds as a gas phase oxidation reaction in the presence of a catalyst, and the use of a catalyst is essential.

그러나, 아크롤레인을 제조하기 위하여 사용되던 이전의 촉매들은 하이드록시프로판온, 프로판알데히드, 아세트알데히드, 아세톤, 글리세린의 중축합 생성물, 환상 글리세린 에테르와 같은 부산물을 생성하여 높은 순도의 아크롤레인을 합성하는 공정에 사용하기에는 한계가 있었으며, 페놀 또는 폴리방향족 화합물을 부산물로 생성하여 촉매상에 코크(coke)를 형성시켜 촉매의 비활성화를 야기하는 한계가 있었다. However, the previous catalysts used to prepare acrolein were in the process of synthesizing high purity acrolein by producing by-products such as hydroxypropanone, propanaldehyde, acetaldehyde, acetone, a polycondensation product of glycerin, and cyclic glycerin ether. There was a limitation in use, and there was a limitation in causing deactivation of the catalyst by forming coke on the catalyst by producing phenol or polyaromatic compound as a by-product.

또한, 이전에 사용되던 촉매들은 기계적 강도가 낮아, 반응 실험 중 내부압을 발생시키는 등 실제 공정에 적용하기에는 한계가 있었다.In addition, catalysts used previously have low mechanical strength, so there is a limitation in applying them to actual processes such as generating internal pressure during reaction experiments.

이에, 상기와 같은 문제점을 야기하는 부산물의 생성을 최소화하여 아크롤레인 의 선택도를 높이고, 글리세린의 전환율과 반응 수율을 개선할 수 있으면서도 충분한 기계적 강도를 가지므로 실제 공정상 적용이 가능한 촉매 시스템의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, it is possible to increase the selectivity of acrolein by minimizing the generation of by-products that cause the above problems, and to improve the conversion rate and reaction yield of glycerin, while having sufficient mechanical strength, the development of a catalyst system that can be applied in the actual process is difficult. Is required.

본 발명은, 부산물의 생성을 최소화하여 아크롤레인의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 충분한 기계적 강도를 가지므로 실제 공정상 적용이 가능한 글리세린 탈수 반응용 촉매를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a catalyst for a glycerin dehydration reaction that can be applied in an actual process because it is possible to improve selectivity of acrolein by minimizing the generation of by-products, and has sufficient mechanical strength.

그리고, 본 발명은 상기 제조 방법에 따라 제조된 글리세린 탈수 반응용 촉매를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a catalyst for a glycerin dehydration reaction prepared according to the above production method.

또한, 본 발명은 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매를 이용한 아크롤레인의 제조 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a method for producing acrolein using the glycerin dehydration catalyst.

본 발명은 지르코늄(Zr), 텅스텐(W) 및 인(P)을 포함하는 복합 금속 산화물을 The present invention is a composite metal oxide containing zirconium (Zr), tungsten (W) and phosphorus (P).

실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 금속졸 5 내지 20 중량%; 및 잔량의 글리세린, 이소프로필알코올, 디아세톤 알코올, 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알코올;을 포함하는 응집제와 혼합하는 단계; 및 5 to 20% by weight of at least one inorganic metal sol selected from the group consisting of silica sol, alumina sol, titania sol and zirconia sol; And at least one alcohol selected from the group consisting of glycerin, isopropyl alcohol, diacetone alcohol, methanol, ethanol, and propanol in the balance; mixing with a coagulant; And

상기 혼합물을 압출 하는 단계;를 포함하는, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법을 제공한다.Extruding the mixture; containing, it provides a method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction.

그리고, 본 발명은 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에 따라 제조된 글리세린 탈수 반응용 촉매를 제공한다.And, the present invention provides a glycerin dehydration catalyst prepared according to the method for preparing the glycerin dehydration catalyst.

또한, 본 발명은 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매의 존재 하에, 글리세린을 반응시키는 단계를 포함하는 아크롤레인의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing acrolein comprising reacting glycerin in the presence of the catalyst for glycerin dehydration.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법, 글리세린 탈수 반응용 촉매 및 아크롤레인의 제조 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for preparing a catalyst for dehydration of glycerin, a catalyst for dehydration of glycerin, and a method for producing acrolein according to a specific embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 "글리세린 탈수 반응"은 글리세린 분자 내에서 또는 글리세린 분자 간에서 물이 분리되는 반응이 이루어지는 전 과정을 의미한다. In the present specification, "glycerin dehydration reaction" refers to a whole process in which water is separated in glycerin molecules or between glycerin molecules.

발명의 일 구현예에 따르면, 지르코늄(Zr), 텅스텐(W) 및 인(P)을 포함하는 복합 금속 산화물을 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 금속졸 5 내지 20 중량%; 및 잔량의 글리세린, 이소프로필알코올, 디아세톤 알코올, 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알코올;을 포함하는 응집제와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출 하는 단계;를 포함하는, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법이 제공될 수 있다.According to one embodiment of the invention, a composite metal oxide containing zirconium (Zr), tungsten (W) and phosphorus (P) is at least one inorganic metal sol selected from the group consisting of silica sol, alumina sol, titania sol, and zirconia sol. 5 to 20% by weight; And at least one alcohol selected from the group consisting of glycerin, isopropyl alcohol, diacetone alcohol, methanol, ethanol, and propanol in the balance; mixing with a coagulant; And extruding the mixture; containing, a method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction may be provided.

본 발명자들은 아크롤레인을 제조하기 위하여 사용되던 이전의 촉매들이 부산물을 다량 생성하여 높은 순도의 아크롤레인을 합성하는 공정에 사용하기에는 한계가 있고, 기계적 강도가 낮아 반응 실험 중 내부압을 발생시키는 등 실제 공정에 적용이 어려운 점을 인식하고, 부산물의 생성을 최소화하여 아크롤레인의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 충분한 기계적 강도를 가지는 촉매의 제조 방법에 관하여 연구를 진행하였다. 그 결과, 지르코늄(Zr), 텅스텐(W) 및 인(P)을 포함하는 복합 금속 산화물을 특정 조성의 응집제와 혼합하고, 이를 압출하여 제조된 글리세린 탈수 반응용 촉매가 높은 압축 강도 등 충분한 기계적 강도를 나타내며, 글리세린 탈수 반응에 사용하는 경우, 아크롤레인이 높은 수율 및 높은 전환율로 제조됨을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have limited use in the process of synthesizing high-purity acrolein by generating a large amount of by-products of the previous catalysts used to produce acrolein, and the mechanical strength is low, so that the actual process is difficult to generate internal pressure during the reaction experiment. Recognizing that it is difficult to apply, research was conducted on a method of manufacturing a catalyst having sufficient mechanical strength, as well as improving the selectivity of acrolein by minimizing the generation of by-products. As a result, a catalyst for glycerin dehydration reaction prepared by mixing a composite metal oxide containing zirconium (Zr), tungsten (W) and phosphorus (P) with a coagulant of a specific composition and extruding it has sufficient mechanical strength, such as high compressive strength. When used in the glycerin dehydration reaction, it was confirmed through an experiment that acrolein was prepared in high yield and high conversion rate, and the invention was completed.

특히, 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매는 기존에 사용되던 제올라이트, 황산염, 인산염 등의 글리세린 탈수 반응용 또는 아크롤레인 제조용 촉매에 비하여 현저하게 부산물의 생성을 줄여 아크롤레인의 수율을 높일 수 있다. In particular, the catalyst for glycerin dehydration can significantly reduce the generation of by-products compared to the catalyst for dehydration of glycerin such as zeolite, sulfate, or phosphate or for producing acrolein, thus increasing the yield of acrolein.

뿐만 아니라, 기존의 촉매의 경우 기계적 강도가 낮아 실제 공정에 적용 시 내부압을 발생시키는 등 여러가지 문제점이 발생하였으나, 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에 따르면 복합 금속 산화물을 무기 금속졸과 알코올을 포함하는 응집제와 혼합하고, 압출함으로써 충분한 기계적 강도를 갖는 촉매를 제조할 수 있다. In addition, in the case of the existing catalyst, the mechanical strength is low, and when applied to the actual process, various problems have occurred, such as generating an internal pressure. However, according to the method for preparing the catalyst for glycerin dehydration reaction, a composite metal oxide is mixed with an inorganic metal sol and an alcohol. A catalyst having sufficient mechanical strength can be prepared by mixing and extruding with a coagulant containing.

이러한 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에 사용되는 복합 금속 산화물은 지르코늄(Zr), 텅스텐(W) 및 인(P)을 포함한다. 상기 복합 금속 산화물에서 각각의 성분들은 서로 강한 결합을 하여 양성자를 주거나 비공유 전자쌍을 받는 산점 역할을 할 수 있기 때문에, 보다 높은 선택도와 전환율 및 수율로 글리세린을 탈수 반응시켜 아크롤레인을 제조할 수 있다. The composite metal oxide used in the method for preparing the catalyst for the glycerin dehydration reaction includes zirconium (Zr), tungsten (W), and phosphorus (P). In the composite metal oxide, since each component can serve as an acid point for giving a proton or receiving an unshared electron pair by strongly bonding to each other, acrolein can be prepared by dehydrating glycerin with higher selectivity, conversion and yield.

특히, 상기 복합 금속 산화물은 지르코늄(Zr)을 필수적으로 포함하는데, 지르코늄은 인과 함께 지르코늄포스페이트를 형성하여 인 성분이 반응 과정에서 소실되지 않도록 하는 역할을 하여, 기존의 지르코늄을 포함하지 않는 산화물 촉매에 비하여 인이 안정적으로 존재하므로 촉매 활성이 기존 촉매에 비해 높게 나타나며 장시간 안정적인 촉매 활성을 보일 수 있다.In particular, the composite metal oxide essentially contains zirconium (Zr), and zirconium forms zirconium phosphate together with phosphorus so that the phosphorus component is not lost in the reaction process, and thus is used in the conventional oxide catalyst that does not contain zirconium. In contrast, since phosphorus is stably present, the catalytic activity is higher than that of the existing catalyst, and stable catalytic activity for a long time can be shown.

또한, 상기 복합 금속 산화물에서 인은 산소와 결합하여 인산(PO4)의 산화물 형태로 결합되어, 브뢴스테드 산점 또는 루이스 산점 등의 산점을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 보다 효율적으로 글리세린을 탈수 반응 시킬 수 있다. In addition, in the composite metal oxide, phosphorus is bonded to oxygen in the form of an oxide of phosphoric acid (PO 4 ), thereby increasing acid points such as Bronsted acid point or Lewis acid point, thereby more efficiently dehydrating glycerin. I can make it.

그리고, 상기 복합 금속 산화물은 지르코늄(Zr), 텅스텐(W), 인(P) 이외에, Zn, V, Fe, Mo, Ce 및 Cu 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이 금속을 더 포함할 수 있다. In addition, the composite metal oxide may further include at least one transition metal selected from the group consisting of Zn, V, Fe, Mo, Ce, and Cu in addition to zirconium (Zr), tungsten (W), and phosphorus (P). .

이러한 전이 금속은 상기 복합 금속 산화물 내에서 지르코늄(Zr), 텅스텐(W), 인(P)과 산소를 공유한 형태로 결합한 상태일 수 있다. 상기 복합 금속 산화물은 상기 전이 금속을 더 포함함으로써 아크롤레인의 선택도를 개선시킬 수 있으며, 부산물인 하이드록시아세톤의 생성을 억제할 수 있다. The transition metal may be in a state in which zirconium (Zr), tungsten (W), phosphorus (P) and oxygen are shared in the composite metal oxide. The composite metal oxide may further include the transition metal to improve selectivity of acrolein and suppress the generation of hydroxyacetone, a by-product.

한편, 상기 복합 금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. Meanwhile, the composite metal oxide may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Zr(M1)p(M2)qWrPsHxOy Zr(M 1 ) p (M 2 ) q W r P s H x O y

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M1 및 M2 는 각각 독립적으로, Zn, V, Fe, Mo, Ce 및 Cu 으로 이루어진 군에서 선택된 전이 금속이고,M 1 and M 2 are each independently a transition metal selected from the group consisting of Zn, V, Fe, Mo, Ce and Cu,

p는 0 초과 1 이하의 실수이고, p is a real number greater than 0 and not more than 1,

q는 0 이상 1 이하의 실수이고, q is a real number from 0 to 1,

r은 0 초과 1 이하의 실수이고,r is a real number greater than 0 and not more than 1,

s는 0 초과 10 이하의 실수이고,s is a real number greater than 0 and not more than 10,

x 및 y는 각각 독립적으로, 0.1 이상 20 이하의 실수이다.Each of x and y is independently a real number of 0.1 or more and 20 or less.

상기 복합 금속 산화물에서 수소와 산소의 함량, 즉, 화학식 1의 x, y값은 지르코늄, 텅스텐, 인 및 추가로 포함될 수 있는 전이 금속의 함량과 성분비에 따라 적절하게 조절될 수 있으나, 바람직하게는 0.1 내지 20의 실수 일 수 있다. The content of hydrogen and oxygen in the composite metal oxide, that is, the x and y values of Formula 1 may be appropriately adjusted according to the content and component ratio of zirconium, tungsten, phosphorus, and transition metals that may be additionally included, but preferably It can be a real number of 0.1 to 20.

그리고, 상기 화학식 1에서, M1 및 M2 중 하나는 Zn이고, 나머지 하나는 V일 수 있다. 이와 같이, 지르코늄, 텅스텐, 인 이외에 아연과 바나듐을 추가로 포함하는 복합 금속 산화물은 아연과 바나듐이 산화 금속으로써 코크를 제거하거나 브뢴스테드 산점을 제공하여 촉매의 활성이 증진될 수 있으며, 장시간 안정적으로 촉매 활성을 유지할 수 있다. Further, in Formula 1, one of M 1 and M 2 may be Zn, and the other may be V. In this way, in the complex metal oxide containing zinc and vanadium in addition to zirconium, tungsten, and phosphorus, zinc and vanadium are metal oxides, which remove coke or provide a Bronsted acid point, thereby enhancing the activity of the catalyst, and is stable for a long time Catalytic activity can be maintained.

또한, 이러한 복합 금속 산화물은 지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체 및 인 전구체를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합액을 건조 및 소성하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.In addition, the composite metal oxide may include mixing a zirconium precursor, a tungsten precursor, and a phosphorus precursor; And drying and firing the mixed solution.

상기 지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체 및 인 전구체는 각각 상기 제조되는 글리세린 탈수반응용 촉매에 포함되는 지르코늄, 텅스텐, 및 인을 제공하기 위한 물질을 총칭하는 것으로, 예를 들어 상기 지르코늄, 텅스텐, 및 인 중 어느 하나를 포함하는 산화물 또는 염 형태 일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 텅스텐 전구체는 암모니움 메타텅스테이트 하이드레이트일 수 있고, 인 전구체는 암모니움 포스페이트일 수 있으며, 상기 지르코늄 전구체는 지르코늄 옥시클로라이드일 수 있다. The zirconium precursor, tungsten precursor, and phosphorus precursor are a generic term for a material for providing zirconium, tungsten, and phosphorus contained in the prepared glycerin dehydration catalyst, respectively, and, for example, any of the zirconium, tungsten, and phosphorus It may be in the form of an oxide or salt containing one. More specifically, the tungsten precursor may be ammonium metatungstate hydrate, the phosphorus precursor may be ammonium phosphate, and the zirconium precursor may be zirconium oxychloride.

그리고, 상기 지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체 및 인 전구체를 혼합하는 단계에서, 상기 지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체 및 인 전구체뿐만 아니라 Zn, V Fe, Mo, Ce 및 Cu 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전이 금속의 전구체를 더 포함하여 혼합할 수 있다. 그리고, 상기 전이 금속의 전구체로는 각 전이 금속의 질산염을 사용할 수 있다. And, in the step of mixing the zirconium precursor, tungsten precursor and phosphorus precursor, as well as the zirconium precursor, tungsten precursor and phosphorus precursor, of one or more transition metals selected from the group consisting of Zn, V Fe, Mo, Ce, and Cu. The precursor may be further included and mixed. In addition, as the precursor of the transition metal, nitrate of each transition metal may be used.

다음으로, 상기 지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체 및 인 전구체를 혼합하여 제조한 혼합액을 건조 및 소성한다. Next, the mixture prepared by mixing the zirconium precursor, tungsten precursor and phosphorus precursor is dried and fired.

보다 구체적으로, 상기 건조하는 단계에서는 혼합액을 소성하기 전에 80 내지 150℃ 의 온도에서 10분 내지 24시간 동안 건조하여 상기 혼합액에 묻어있는 용매를 제거할 수 있다. 이러한 건조 과정에서는 통상적으로 사용되는 것으로 알려진 건조 방법 및 건조 장치를 사용할 수 있으며, 예를 들어 열풍기, 오븐, 가열판 등의 열원을 사용하여 건조를 진행할 수 있다. More specifically, in the drying step, the mixed solution may be dried for 10 minutes to 24 hours at a temperature of 80 to 150° C. before firing to remove the solvent embedded in the mixed solution. In this drying process, a drying method and a drying apparatus known to be commonly used may be used, and for example, drying may be performed using a heat source such as a hot fan, an oven, or a heating plate.

그리고, 상기 소성하는 단계는 반응물을 고온에서 가열하여 경화성 물질을 만드는 일련의 과정을 의미하며, 300 내지 900℃, 바람직하게는 500 내지 750℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다. 상기 온도범위 미만인 경우, 반응 도중 촉매의 구조 및 결정화도가 변화할 수 있고, 상기 온도 범위를 초과하는 경우, 원자간 상호 작용이 너무 강하여 입자 크기가 증가하거나 불필요한 부반응이 일어날 수 있다. In addition, the sintering step refers to a series of processes in which the reactant is heated at a high temperature to produce a curable material, and may be performed in a temperature range of 300 to 900°C, preferably 500 to 750°C. If it is less than the above temperature range, the structure and crystallinity of the catalyst may change during the reaction, and if it exceeds the above temperature range, the interaction between atoms is too strong to increase the particle size or cause unnecessary side reactions.

또한, 상기 소성하는 단계는 각각 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. 소성하는 시간이 너무 짧은 경우 촉매가 완전히 소성이 되지 않을 수 있고, 소성하는 시간이 너무 긴 경우 촉매가 탄화되는 등의 여러가지 부반응이 일어날 수 있다. In addition, the firing may be performed for 10 minutes to 10 hours, respectively. If the firing time is too short, the catalyst may not be completely fired, and if the firing time is too long, various side reactions such as carbonization of the catalyst may occur.

한편, 상기 일 구현예의 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에서, 상기 복합 금속 산화물은 무기 금속졸 및 알코올을 포함하는 응집제와 혼합된다.On the other hand, in the manufacturing method of the catalyst for glycerin dehydration reaction of the embodiment, the composite metal oxide is mixed with a coagulant including an inorganic metal sol and alcohol.

상기 응집제는 기계적 강도가 낮은 복합 금속 산화물의 기계적 강도 개선을 위하여 혼합되는 물질로, 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 금속졸 5 내지 20 중량%; 및 잔량의 글리세린, 이소프로필알코올, 디아세톤 알코올, 메탄올, 에탄올 및 프로판올 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알코올;을 포함한다. The coagulant is a material mixed to improve the mechanical strength of the composite metal oxide having low mechanical strength, and is 5 to 20% by weight of at least one inorganic metal sol selected from the group consisting of silica sol, alumina sol, titania sol, and zirconia sol; And at least one alcohol selected from the group consisting of glycerin, isopropyl alcohol, diacetone alcohol, methanol, ethanol, and propanol in the balance.

상기 무기 금속졸은 촉매에 물리적 강도를 증진시키는 효과를 부여할 수 있으며, 5 내지 20 중량% 포함할 수 있다. 이때, 무기 금속졸의 사용량이 5 중량% 미만이면 촉매로 사용하기에 물리적 강도가 충분하지 않은 한계가 있으며, 반면에 그 함량이 20중량%를 초과할 경우 무기 섬유끼리의 결합이 지나치게 강채져 물리적 강도가 약해질 수 있다. 따라서, 무기 금속졸은 5 내지 20 중량%로 사용되는 것이 바람직하다. The inorganic metal sol may impart an effect of improving physical strength to the catalyst, and may contain 5 to 20% by weight. At this time, if the amount of the inorganic metal sol is less than 5% by weight, there is a limit that the physical strength is not sufficient for use as a catalyst. On the other hand, if the content exceeds 20% by weight, the bond between the inorganic fibers is too strong and physical The intensity can be weakened. Therefore, the inorganic metal sol is preferably used in an amount of 5 to 20% by weight.

또한, 상기 무기 금속졸로는 실리카졸, 또는 알루미나졸을 사용하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable to use silica sol or alumina sol as the inorganic metal sol.

그리고, 상기 알코올은 촉매와 성형용액이 균일하게 잘 혼합되도록 하는 역할과, 촉매의 점도 조절을 하는 역할 등을 할 수 있는데, 보다 구체적으로, 상기 알코올 중에서 글리세린은 촉매를 성형하는 과정에서 윤활제 역할을 하고, 이소프로필알코올은 촉매의 점도를 조절하는 역할을 할 수 있으므로, 상기 응집제에 이소프로필알코올과 글리세린을 혼합하여 사용하는 경우, 보다 기계적 강도가 우수한 글리세린 탈수 반응용 촉매를 제조할 수 있다. In addition, the alcohol may play a role of uniformly mixing the catalyst and the forming solution, and controlling the viscosity of the catalyst. More specifically, among the alcohols, glycerin acts as a lubricant in the process of forming the catalyst. And, since isopropyl alcohol may play a role in controlling the viscosity of the catalyst, when the coagulant is mixed with isopropyl alcohol and glycerin, a catalyst for glycerin dehydration having excellent mechanical strength can be prepared.

또한, 상기 응집제는 벤토나이트, 카올린, 고령토, 보헤마이트 및 몬모릴노라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 벤토나이트, 카올린 등의 첨가제는 소량 첨가하여도 물리적 강도를 크게 증진시킬 수 있다. 이때, 상기 첨가제는 20 중량% 이하, 바람직하게는 15 중량% 이하로 사용되는 것이 바람직하다. In addition, the coagulant may further include one or more additives selected from the group consisting of bentonite, kaolin, kaolin, bohemite, and montmorillonite. Even if a small amount of additives such as bentonite and kaolin are added, physical strength can be greatly improved. At this time, the additive is preferably used in an amount of 20% by weight or less, preferably 15% by weight or less.

그리고, 상기 복합 금속 산화물과 응집제는 1:1 내지 1:5의 중량비, 바람직하게는 1:1 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 응집제가 복합 금속 산화물에 비하여 너무 많이 포함되는 경우 촉매의 활성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 너무 적게 포함되는 경우 촉매의 물리적 강도 증진 효과가 미미하기 때문에, 복합 금속 산화물과 응집제는 상술한 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. In addition, the composite metal oxide and the coagulant may be mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:5, preferably 1:1 to 1:3. If too much of the coagulant is included compared to the composite metal oxide, there may be a problem that the activity of the catalyst is deteriorated. If too little is included, the effect of improving the physical strength of the catalyst is insignificant. It is preferred to be mixed.

다음으로, 상기 복합 금속 산화물과 응집제의 혼합물을 압출 한다. 상기 일 구현예의 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에서는 복합 금속 산화물과 응집제의 혼합물을 압출함으로써, 보다 우수한 기계적 강도를 갖도록 촉매를 성형할 수 있는데, 이와 같은 방법으로 성형된 촉매는 상기 복합 금속 산화물을 그대로 사용하거나, 담체에 담지시켜 사용하는 경우에 비하여 촉매의 강도가 우수하여, 실제 파일럿 공정에 적용시에도 내부압의 발생 없이 140 시간 이상 반응 활성을 유지할 수 있다. Next, the mixture of the composite metal oxide and a coagulant is extruded. In the method for preparing the catalyst for glycerin dehydration reaction of the embodiment, the catalyst may be formed to have more excellent mechanical strength by extruding a mixture of a composite metal oxide and a coagulant, and the catalyst formed in this way comprises the composite metal oxide. Compared to the case where the catalyst is used as it is or supported on a carrier, the strength of the catalyst is superior, and even when applied to an actual pilot process, the reaction activity can be maintained for more than 140 hours without generating internal pressure.

이때, 압출온도는 25 내지 70℃, 스크류 회전속도는 200rpm이상의 범위가 바람직하다. 압출온도가 25℃ 미만이면 혼련이 적절히 일어나지 않을 수 있으며, 70℃를 초과하면 알코올 성분이 증발하여 촉매 성형이 어려울 수 있다. 또한 스크류 회전속도가 200rpm 미만이면 원활한 혼련이 일어나지 않다. At this time, the extrusion temperature is preferably 25 to 70 ℃, the screw rotation speed is in the range of 200rpm or more. If the extrusion temperature is less than 25°C, kneading may not occur properly, and if it exceeds 70°C, the alcohol component may evaporate, making it difficult to form a catalyst. Also, if the screw rotation speed is less than 200 rpm, smooth kneading does not occur.

그리고, 상기 혼합물을 압출 하는 단계 이후에, 압출물을 건조 및 소성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 압출물을 건조하는 단계와 소성하는 단계는 상술한 복합 금속 산화물의 제조 단계에서의 건조하는 단계와 소성하는 단계의 반응 조건, 반응 장치 등을 제한 없이 적용할 수 있다.And, after the step of extruding the mixture, the step of drying and firing the extrudate may be further included. The drying and firing of the extrudate may be applied without limitation, without limitation, the reaction conditions of the drying and firing in the manufacturing of the composite metal oxide described above, and the reaction apparatus.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법에 따라 제조된 글리세린 탈수 반응용 촉매와, 이의 존재 하에 글리세린을 반응시키는 단계를 포함하는 아크롤레인의 제조 방법이 제공 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a method for producing acrolein comprising the step of reacting glycerin in the presence of a catalyst for glycerin dehydration prepared according to the above-described method for preparing a catalyst for glycerin dehydration can be provided. have.

상술한 바와 같이, 지르코늄(Zr), 텅스텐(W) 및 인(P)을 포함하는 복합 금속 산화물을 특정 조성의 응집제와 혼합하고, 이를 압출하여 제조된 상기 글리세린 탈수 반응용 촉매는 높은 압축 강도 등 충분한 기계적 강도를 나타내며, 글리세린 탈수 반응에 사용하는 경우, 아크롤레인이 높은 수율 및 높은 전환율로 제조될 수 있다.As described above, the catalyst for the glycerin dehydration reaction prepared by mixing a complex metal oxide containing zirconium (Zr), tungsten (W) and phosphorus (P) with a coagulant of a specific composition and extruding it has high compressive strength, etc. It exhibits sufficient mechanical strength, and when used in the glycerin dehydration reaction, acrolein can be prepared in high yield and high conversion.

상기 글리세린 탈수 반응용 촉매의 사용량은 글리세린의 양과 농도에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어 시간당 글리세린 100중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부, 바람직하게는 1 내지 3 중량부 사용할 수 있다. The amount of the catalyst for the glycerin dehydration reaction may be appropriately adjusted according to the amount and concentration of glycerin, and for example, 0.1 to 5 parts by weight, preferably 1 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of glycerin per hour may be used.

또한, 상기 탈수 반응은 200 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 탈수 반응은 흡열반응으로, 높은 전환율 및 선택도로 아크롤레인을 제조하기 위해서는 상기 범위의 온도에서 반응을 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the dehydration reaction may be performed at a temperature of 200 to 400°C. The dehydration reaction is an endothermic reaction, and in order to prepare acrolein with high conversion and selectivity, it is preferable to perform the reaction at a temperature within the above range.

본 발명에 따르면, 부산물의 생성을 최소화하여 아크롤레인의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 충분한 기계적 강도를 가지므로 실제 공정상 적용이 가능한 글리세린 탈수 반응용 촉매가 제공될 수 있다. According to the present invention, not only can improve the selectivity of acrolein by minimizing the generation of by-products, but also has sufficient mechanical strength, it is possible to provide a glycerin dehydration catalyst that can be applied in an actual process.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. The invention will be described in more detail in the following examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

[제조예 1]: 복합 금속 산화물의 제조[Production Example 1]: Preparation of composite metal oxide

ZrZn0 .02V0.1W0. 1Hx(PO4)2촉매는 Zr의 몰 비율을 1로, 전이금속 Zn과 V의 몰 비율은 각각 0.02, 0.1로, P의 몰 비율을 2로, W의 몰 비율을 0.1로 조절하여 제조하였다. 이를 위하여, 지르코늄 전구체(zirconium oxychloride) 183.11g, 아연 전구체(Zn(NO3)6H2O) 3.414g, 바나듐 전구체(ammonium vanadate) 6.464g, 텅스텐 전구체(ammonium metatungstate hydrate) 13.93g을 증류수 2250ml에서 혼합한 후 전구체(ammonium phosphate: NH4H2PO4) 132.05g를 투입하였다. ZrZn 0 .02 V 0.1 W 0. 1 H x (PO 4) 2 catalyst to 1 mole ratio of Zr, V and Zn molar ratio of the transition metal is from 0.02 and 0.1, respectively, in a molar ratio of P 2, It was prepared by adjusting the molar ratio of W to 0.1. To this end, 183.11 g of zirconium oxychloride, 3.414 g of zinc precursor (Zn(NO 3 ) 6H 2 O), 6.464 g of vanadium precursor (ammonium vanadate), 13.93 g of tungsten precursor (ammonium metatungstate hydrate) were mixed in 2250 ml of distilled water. After that, 132.05g of a precursor (ammonium phosphate: NH 4 H 2 PO 4 ) was added.

그리고, 혼합후에 침전물이 형성되면 90℃로 가열된 상태로 3일 이상 교반하고, 여과과정으로 침전물을 분리하여 3-5회 에탄올로 세척하였다. 세척과정 후 얻어진 Cake 형태의 침전물을 100℃ 오븐에서 12시간 동안 건조하였다. 건조된 Cake은 Air 분위기에서 700℃, 6 hr의 소성과정을 거쳐 복합 금속 산화물을 제조하였다.Then, when a precipitate was formed after mixing, the mixture was heated to 90° C. and stirred for 3 days or more, and the precipitate was separated by filtration and washed with ethanol 3-5 times. The cake-shaped precipitate obtained after washing was dried in an oven at 100°C for 12 hours. The dried cake was baked in an air atmosphere at 700℃ for 6 hr to produce a composite metal oxide.

[실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3][Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3]

상기 제조예 1에서 제조된 복합 금속 산화물 30g과 하기 표 1의 조성의 응집제 30-40g을 혼합하고, Extruder(SPG사)를 사용하여 상온, 스크류 회전속도 200rpm 이상의 조건에서 촉매를 압출하였다. 그리고, 압출물을 하루 정도 100℃ 오븐에서 건조 후 5mm의 길이의 원통형 형태로 성형하고 700℃에서 6시간 동안 소성하여 촉매를 제조하였다. 30 g of the composite metal oxide prepared in Preparation Example 1 and 30-40 g of a coagulant having the composition of Table 1 were mixed, and the catalyst was extruded at room temperature and a screw rotation speed of 200 rpm or more using an extruder (SPG). In addition, the extrudate was dried in an oven at 100° C. for about a day, then molded into a cylindrical shape of 5 mm length, and fired at 700° C. for 6 hours to prepare a catalyst.

실리카졸
(wt%)
Silica sol
(wt%)
알루미나졸
(wt%)
Alumina sol
(wt%)
글리세린
(wt%)
glycerin
(wt%)
IPA
(wt%)
IPA
(wt%)

(wt%)
water
(wt%)
벤토나이트
(wt%)
Bentonite
(wt%)
카올린
(wt%)
kaoline
(wt%)
실시예 1Example 1 1515 1717 6868 실시예 2Example 2 1313 1515 5959 1313 실시예 3Example 3 1313 1515 5959 1313 실시예 4Example 4 1515 8585 실시예 5Example 5 2222 1616 6262 비교예 1Comparative Example 1 4040 1212 4848 비교예 2Comparative Example 2 3030 1414 5656 비교예 3Comparative Example 3 1515 1717 6868

[[ 비교예Comparative example 4] 4]

상기 제조예 1에서 제조된 ZrZn0 .02V0.1W0. 1Hx(PO4)2 복합 금속 산화물 자체를 성형 과정 없이 촉매로 사용하였다. remind The ZrZn 0 produced in Production Example 1 .02 V 0.1 W 0. 1 H x (PO 4) 2 The composite metal oxide itself was used as a catalyst without a molding process.

[비교예 5][Comparative Example 5]

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 ZrZn0 .02V0.1W0. 1Hx(PO4)2 복합 금속 산화물을 제조하고, 2.5wt%의 V를 추가로 담지하기 위해, 바나듐 전구체(ammonium vanadate)를 증류수에 충분히 녹인 후, evaporator를 사용하여 충분히 건조 시켜 함침법으로 촉매를 제조하였다. 충분히 건조된 촉매는 Air 분위기에서 700℃, 6 hr의 소성과정을 거쳐 2.5 wt% V/ZrZn0.02V0.1W0.1Hx(PO4)2 복합 금속 산화물을 제조하였다.remind ZrZn 0 .02 in the same manner as in Production Example 1 V 0.1 W 0. 1 H x (PO 4) 2 To prepare a composite metal oxide and additionally support 2.5 wt% of V, a vanadium precursor (ammonium vanadate) was sufficiently dissolved in distilled water, and then sufficiently dried using an evaporator to prepare a catalyst by an impregnation method. The sufficiently dried catalyst was subjected to a sintering process at 700° C. for 6 hr in an air atmosphere to prepare 2.5 wt% V/ZrZn 0.02 V 0.1 W 0.1 H x (PO 4 ) 2 composite metal oxide.

[실험예 1]: 글리세린 탈수 반응용 촉매의 압축 강도[Experimental Example 1]: Compressive strength of catalyst for glycerin dehydration reaction

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 글리세린 탈수 반응용 촉매의 압축 강도를 측정하기 위해 PDIS사에 분석을 의뢰하였으며, Bose 5500 장치를 이용하여 길이 0.5mm, 지름 0.5mm의 시편이 압력에 의해 크랙이 발생될 때의 압력을 측정하고, 3번의 반복 실험을 통한 데이터의 평균 값을 하기 표 2에 정리하였다.In order to measure the compressive strength of the glycerin dehydration catalyst prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, analysis was requested to PDIS, and a specimen having a length of 0.5 mm and a diameter of 0.5 mm using a Bose 5500 device The pressure when cracks were generated by this pressure was measured, and the average values of the data through three repeated experiments are summarized in Table 2 below.

압축강도(N)Compressive strength (N) 실시예 1Example 1 29.0529.05 실시예 2Example 2 29.7329.73 실시예 3Example 3 55.7455.74 실시예 4Example 4 41.8941.89 실시예 5Example 5 41.5541.55 비교예 1Comparative Example 1 -- 비교예 2Comparative Example 2 -- 비교예 3Comparative Example 3 46.6446.64

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 제조예에서 제조한 복합 금속 산화물을 특정 조성의 응집제와 혼합하고, 압출하여 제조한 실시예 1 내지 5의 글리세린 탈수 반응용 촉매는 25N 이상의 압축 강도를 나타내어, 실제 공정에 적용하기에 충분한 물리적 강도를 가지는 것을 확인할 수 있으나, 실리카졸을 30wt%, 40wt%로 다량 혼합하여 제조한 비교예 1, 2의 경우 충분한 물리적 강도를 가지지 않아 충격 강도가 측정되지 않을 만큼 낮게 나타났으며, 실제 실험시 내부압이 발생하는 등 여러가지 문제가 발생하였다.As shown in Table 2, the catalyst for glycerin dehydration reaction of Examples 1 to 5 prepared by mixing and extruding the composite metal oxide prepared in Preparation Example with a coagulant of a specific composition exhibited a compressive strength of 25N or more, and thus the actual process It can be seen that it has sufficient physical strength to be applied to, but in the case of Comparative Examples 1 and 2 prepared by mixing a large amount of silica sol at 30 wt% and 40 wt%, it did not have sufficient physical strength, so the impact strength was low enough not to be measured. In the actual experiment, various problems such as internal pressure occurred.

또한, 비교예 3은 응집제에 물이 첨가된 경우로, 촉매가 쉽게 질어지거나 건조되므로 촉매 성형이 어려워 실제 공정에 사용하기에 여러가지 한계가 있다. In addition, Comparative Example 3 is a case in which water is added to the coagulant, and since the catalyst is easily stiffened or dried, it is difficult to form the catalyst, and thus there are various limitations to use in an actual process.

[실험예 2]: 글리세린의 전환율, 아크롤레인의 수율 및 선택도[Experimental Example 2]: Conversion of glycerin, yield and selectivity of acrolein

상기 실시예 1 및 비교예 4 내지 5에서 제조된 촉매를 사용하여 하기 표 3에 기재된 조건으로 짧은 시간에 적은 양의 촉매로 성능을 평가할 수 있도록 제작한 HTS(High-throughput screening)장치를 사용하여 글리세린으로부터 아크롤레인을 생산하였고, in-situ 상태로 생성물을 GC로 분석하여 전환율, 선택도 및 수율을 계산하였다. Using the catalysts prepared in Example 1 and Comparative Examples 4 to 5, using a high-throughput screening (HTS) device designed to evaluate the performance with a small amount of catalyst in a short time under the conditions shown in Table 3 below. Acrolein was produced from glycerin, and the product was analyzed by GC in an in-situ state to calculate conversion, selectivity, and yield.

보다 구체적으로, 상기 HTS 장치는 16개의 반응기(외경 9mm, 길이 25cm)를 설치 함으로써 최단시간으로 다량의 촉매 실험을 수행할 수 있도록 하였으며, 액상 반응물을 일정한 속도로 주입하기 위하여 펌프(HPLC pump)를 사용하여 증발기 히터로 보낸 후, 기화된 반응물을 운송기체인 질소와 함께 일정한 속도로 반응기로 공급하였다. 샘플링 작업은 응축과정을 위해 0℃의 온도로 설정된 냉각기에서 수행되도록 하였으며, 유리병에 증류수를 넣어 반응물이 응축되도록 하였다. 반응물은 온라인(on-line)으로 연결된 기체 크로마토그래피(Gas chromatography, HP 6890N)를 사용하여 분석하였다. 불꽃 이온화 검출기(Flame ionization detector, FID)를 사용하였으며 컬럼은 HP-FFAP(25m X 0.32mm X 0.52mm)를 사용하였다.More specifically, the HTS device installed 16 reactors (outer diameter 9mm, length 25cm) to perform a large amount of catalytic experiment in the shortest time. In order to inject a liquid reactant at a constant rate, a pump (HPLC pump) was used. After being sent to the evaporator heater using, the vaporized reactant was supplied to the reactor at a constant rate together with nitrogen as a transport gas. The sampling operation was performed in a cooler set at a temperature of 0°C for the condensation process, and distilled water was added to a glass bottle to condense the reactants. The reaction was analyzed using gas chromatography (HP 6890N) connected online. A flame ionization detector (FID) was used and the column was HP-FFAP (25m X 0.32mm X 0.52mm).

글리세린의 전환율, 아크롤레인의 선택도, 하이드록실 아세톤 선택도, 아세트산 선택도, 잔여 부산물 선택도를 하기 표 4에 나타내었다. The conversion rate of glycerin, the selectivity of acrolein, the selectivity of hydroxyl acetone, the selectivity of acetic acid, and the selectivity of residual by-products are shown in Table 4 below.

여기에서, 전환율은 글리세린이 다른 화합물로 전환된 비율을 나타내고, 선택도는 전환된 화합물 중에서 각 물질이 차지하는 비율을 나타낸다. 또한, 하이드록실 아세톤과 아세트산은 글리세린 탈수 반응의 주요 부산물이며, 잔여 부산물은 하이드록실 아세톤과 아세트산 이외의 다른 부산물을 의미한다. Here, the conversion ratio represents the ratio of glycerin converted to another compound, and the selectivity represents the ratio of each substance among the converted compounds. In addition, hydroxyl acetone and acetic acid are major by-products of the glycerin dehydration reaction, and the residual by-products refer to by-products other than hydroxyl acetone and acetic acid.

글리세린 탈수 반응 조건 Glycerin dehydration reaction conditions 실시예 1Example 1 비교예 4 내지 5Comparative Examples 4 to 5 반응온도Reaction temperature 285 ℃285 ℃ 280 ℃280 ℃ 반응압력Reaction pressure 0 barg0 barg 상압Normal pressure 글리세린 농도Glycerin concentration 50 wt%50 wt% 50 wt%50 wt% 촉매 양Catalyst amount 250 g250 g 250 g250 g Feed 공급속도Feed feed speed 4-7.5 g/min4-7.5 g/min 4-7.5 g/min4-7.5 g/min GHSVGHSV 660-1642 h-1 660-1642 h -1 11321 h-1 11321 h -1 WHSVWHSV 3-6.4 h-1 3-6.4 h -1 45.8 h-1 45.8 h -1

반응시간
(h)
Reaction time
(h)
글리세린 전환율(%)Glycerin conversion (%) 아크롤레인 선택도(%)Acrolein selectivity (%) 하이드록실 아세톤 선택도(%)Hydroxyl Acetone Selectivity (%) 아세트산 선택도(%)Acetic acid selectivity (%) 잔여 부산물 선택도(%)Selectivity of residual by-products (%)
실시예 1Example 1 8080 100100 69.069.0 00 8.08.0 18.718.7 100100 100100 62.062.0 00 7.37.3 18.418.4 120120 100100 60.760.7 00 5.75.7 29.329.3 140140 100100 67.067.0 1One 3.93.9 25.825.8 비교예 4Comparative Example 4 69.3869.38 75.6675.66 4.364.36 15.3815.38 비교예 5Comparative Example 5 23.3223.32 51.0851.08 7.737.73 37.3437.34

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 조건으로 제조한 촉매를 실제 파일럿 공정단계에서 실험을 수행하였으며, 실제 실험에 적용이 가능한 것을 확인하였다. As shown in Table 3, the catalyst prepared under the conditions of Example 1 was tested in the actual pilot process step, and it was confirmed that it can be applied to the actual experiment.

그 결과, 상기 실시예 1의 촉매를 사용하여 글리세린을 반응시키는 경우 글리세린으로부터 높은 선택도 및 높은 순도로 아크롤레인을 생성할 수 있으며, 하이드록실 아세톤과 아세트산과 같은 부산물의 생성은 억제할 수 있음을 상기 표 4로부터 확인할 수 있다. As a result, it is noted that when glycerin is reacted using the catalyst of Example 1, acrolein can be produced with high selectivity and high purity from glycerin, and generation of by-products such as hydroxyl acetone and acetic acid can be suppressed. It can be confirmed from Table 4.

또한, 상기 실시예 1의 글리세린 탈수 반응용 촉매는 활성이 140시간 이상 유지되며, 반응 후에도 촉매의 원통형 펠렛 형태를 유지하는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the activity of the catalyst for glycerin dehydration reaction of Example 1 was maintained for 140 hours or more, and the cylindrical pellet shape of the catalyst was maintained even after the reaction.

Claims (9)

지르코늄(Zr), 텅스텐(W), 및 인(P)을 포함하는 복합 금속 산화물을,
실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 금속졸 5 내지 20 중량%; 및 잔량의 글리세린, 이소프로필알코올, 디아세톤 알코올, 메탄올, 에탄올, 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알코올;을 포함하는 응집제와 혼합하는 단계; 및
상기 복합 금속 산화물과 응집제를 혼합하는 단계로부터 얻어진 혼합물을 압출하는 단계;를 포함하는, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법.
A composite metal oxide containing zirconium (Zr), tungsten (W), and phosphorus (P),
5 to 20% by weight of at least one inorganic metal sol selected from the group consisting of silica sol, alumina sol, titania sol, and zirconia sol; And at least one alcohol selected from the group consisting of glycerin, isopropyl alcohol, diacetone alcohol, methanol, ethanol, and propanol in the balance; mixing with a coagulant; And
Extruding the mixture obtained from the step of mixing the composite metal oxide and a coagulant; containing, a method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction.
제1항에 있어서,
상기 복합 금속 산화물은 Zn, V, Fe, Mo, Ce 및 Cu 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이 금속을 더 포함하는, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1,
The composite metal oxide further comprises at least one transition metal selected from the group consisting of Zn, V, Fe, Mo, Ce, and Cu, a method for producing a catalyst for glycerin dehydration.
제1항에 있어서,
상기 복합 금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법:
[화학식 1]
Zr(M1)p(M2)qWrPsHxOy
상기 화학식 1에서,
M1 및 M2 는 각각 독립적으로, Zn, V, Fe, Mo, Ce 및 Cu 으로 이루어진 군에서 선택된 전이 금속이고,
p는 0 초과 1 이하의 실수이고,
q는 0 이상 1 이하의 실수이고,
r은 0 초과 1 이하의 실수이고,
s는 0 초과 10 이하의 실수이고,
x 및 y는 각각 독립적으로, 0.1 이상 20 이하의 실수이다.
The method of claim 1,
The composite metal oxide is represented by the following Formula 1, a method of preparing a catalyst for glycerin dehydration:
[Formula 1]
Zr(M 1 ) p (M 2 ) q W r P s H x O y
In Formula 1,
M 1 and M 2 are each independently a transition metal selected from the group consisting of Zn, V, Fe, Mo, Ce and Cu,
p is a real number greater than 0 and not more than 1,
q is a real number from 0 to 1,
r is a real number greater than 0 and not more than 1,
s is a real number greater than 0 and not more than 10,
Each of x and y is independently a real number of 0.1 or more and 20 or less.
제1항에 있어서,
상기 복합 금속 산화물은,
지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체, 및 인 전구체를 혼합하는 단계; 및
상기 지르코늄 전구체, 텅스텐 전구체, 및 인 전구체를 혼합하는 단계로부터 얻어진 혼합액을 건조 및 소성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조된 것인, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1,
The composite metal oxide,
Mixing a zirconium precursor, a tungsten precursor, and a phosphorus precursor; And
Drying and sintering the mixed solution obtained from the step of mixing the zirconium precursor, tungsten precursor, and phosphorus precursor; the method of manufacturing a catalyst for glycerin dehydration reaction.
제1항에 있어서,
상기 응집제는 벤토나이트, 카올린, 고령토, 보헤마이트 및 몬모릴노라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1,
The coagulant method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction further comprises at least one additive selected from the group consisting of bentonite, kaolin, kaolin, bohemite, and montmorillonite.
제1항에 있어서,
상기 복합 금속 산화물과 응집제는 1:1 내지 1:5의 중량비로 혼합되는 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1,
The method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction in which the composite metal oxide and the coagulant are mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:5.
제1항에 있어서,
상기 압출 단계로부터 얻어진 압출물을 건조 및 소성하는 단계를 더 포함하는, 글리세린 탈수 반응용 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method for producing a catalyst for glycerin dehydration reaction, further comprising drying and firing the extrudate obtained from the extrusion step.
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