KR20100079570A - Method of manufacturing catalyst for propanediol, and method of manufacturing propanediol using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 프로판디올 제조용 촉매의 제조 방법 및 그를 이용한 프로판디올의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a catalyst for producing propanediol and a method for producing propanediol using the same.
산업화 이후, 세계적으로 에너지 자원으로써 석탄, 석유와 같은 화석연료의 사용량이 기하급수적으로 증가하여 왔다. 현재 사용하고 있는 기술 및 산업은 모두 화석연료를 기반으로 발전해왔다고 해도 무방할 것이다. 그러나, 이러한 화석연료 사용량의 급격한 증가는 많은 문제를 발생시켰다. 그 문제 중에서 하나는 매장량의 한계로써 세계적으로 매장된 화석연료의 양은 이미 그 한계를 드러내고 있는 실정이다. 또한, 화석연료의 사용은 공기 중 이산화탄소의 증가와 같은 많은 환경오염 문제를 일으키고 있다. 이러한 환경오염의 증가로 인해 세계 각국은 1997년 교토의정서를 체결하여 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 이유들로 인해 화석연료를 대체할 수 있으면서 환경친화적인 에너지원의 개발에 많은 연구가 집중되고 있다.Since industrialization, the use of fossil fuels such as coal and petroleum as energy resources around the world has increased exponentially. All of the technologies and industries currently in use have been developed based on fossil fuels. However, the rapid increase in fossil fuel usage has caused many problems. One of the problems is the limit of reserves, and the amount of fossil fuel buried around the world is already showing its limits. In addition, the use of fossil fuels has caused many environmental pollution problems, such as the increase of carbon dioxide in the air. Due to this increase in environmental pollution, countries around the world have made great efforts to reduce carbon dioxide emissions by signing the 1997 Kyoto Protocol. For these reasons, much research has been focused on developing environmentally friendly energy sources that can replace fossil fuels.
최근, 화석연료의 대체에너지원으로서 바이오디젤이 많은 관심을 받고 있다. 상기 바이오디젤이란 식물 유래의 자원, 이를테면 유채씨, 콩기름, 폐식용류, 현미유와 같은 식물성 기름을 가공하여 만들 수 있는, 경유(디젤)와 물리적 특성이 같은 연료를 통칭한다. 상기 바이오디젤은 일반 경유와 물리적 특성이 같기 때문에, 현재 사용되고 있는 디젤 엔진에 바로 사용이 가능하고, 오염물질의 배출량이 적다는 장점이 있다.Recently, biodiesel has received much attention as an alternative energy source for fossil fuels. The biodiesel collectively refers to fuels having the same physical properties as diesel oil (diesel), which can be made by processing plant-derived resources such as vegetable oils such as rapeseed seed, soybean oil, waste edible oil, and brown rice oil. Since the biodiesel has the same physical properties as those of general diesel fuel, the biodiesel can be used directly in a diesel engine currently used, and has a merit of low emission of pollutants.
상기 바이오디젤은 식물 유래의 자원으로부터 전이에스테르화에 의한 지방산 메틸 에스테르의 합성반응을 통해 제조된다. 한편, 상기 전이에스테르화 반응에서 주요 부산물로 발생하는 글리세롤은 미용, 제약, 식품 등의 분야에서 사용되지만 산업적인 수요에 비해 공급되는 글리세롤의 양이 과도하게 많아 결국 그 가치가 폭락하게 되었다. 이러한 이유로 바이오디젤의 부산물로 발생하는 글리세롤을 고부가가치의 다른 물질로 전환하는 작업은 1990년대 초부터 이미 시작되었으며, 현재 미국의 DuPont사에 의해서 글리세롤로부터 1,3-프로판디올로 전환하는 공정에 대한 실용화가 추진되고 있다. 또한, 의약품, 화장품의 중간체, 폴리에스터, 불포화폴리에스터의 합성원료 및 셀로판의 가소제로 사용되는 고부가가치의 1,2-프로판디올을 효율적으로 생산하는 공정의 필요성도 증대되고 있다.The biodiesel is prepared through the synthesis of fatty acid methyl esters by transesterification from plant-derived resources. On the other hand, glycerol generated as a main by-product from the transesterification reaction is used in the fields of beauty, pharmaceuticals, foods, etc., but the amount of glycerol supplied is excessively large compared to industrial demand, and eventually its value has plunged. For this reason, the conversion of glycerol, which is a by-product of biodiesel, into other high value materials has already begun since the early 1990s, and is currently being used by DuPont of the United States for the conversion of glycerol from 1,3-propanediol. Commercialization is being promoted. In addition, there is an increasing need for a process for efficiently producing high value-added 1,2-propanediol used as a synthetic material of pharmaceuticals, cosmetic intermediates, polyesters, unsaturated polyesters, and plasticizers of cellophane.
상기 글리세롤로부터 1,2-프로판디올을 생산하는 공정에 대하여 아직 국내에서는 보고된 바가 없다. 상기 공정은 생물학적 방법과 촉매를 이용한 화학적 방법으로 구분할 수 있다.The process for producing 1,2-propanediol from the glycerol has not been reported in Korea yet. The process can be divided into biological methods and chemical methods using a catalyst.
미합중국 특허 제7,049,109 B2호와 제6,727,088 B2호에서는 각각 미생물을 이용한 생물학적 방법을 통하여 1,2-프로판디올을 생산하는 공정을 보고하고 있다. 그러나, 생물학적 공정의 경우 높은 선택도를 얻을 수 있으나, 반응 시간이 길고 공정을 유지하는데 많은 어려움이 있음을 보고를 통하여 알 수 있다.US Patent Nos. 7,049,109 B2 and 6,727,088 B2, respectively, report a process for producing 1,2-propanediol by biological methods using microorganisms. However, in the case of biological processes, high selectivity can be obtained, but it can be seen through reports that the reaction time is long and there are many difficulties in maintaining the process.
상기 촉매를 이용한 화학적인 방법에서는 아직 많은 시도들이 이루어지고 있지 않다. 이는 촉매계나 반응 공정에 대한 체계화가 아직 이루어지지 않았기 때문이다. 미합중국 특허 제5,616,817호에서는 코발트, 구리, 망간, 몰리브덴이 섞여 있는 성분의 촉매를 제조하여 글리세롤을 1,2-프로판디올로 전환하고 있는데, 제시된 반응 조건은 100 ~ 700 기압의 고압 및 180 ~ 270℃ 온도 조건이며, 바람직한 반응 조건으로는 200 ~ 325 기압 및 200 ~ 270℃ 온도 조건이 제시되어 있다. 그러나, 이는 프로판디올의 생산에 있어서 상당히 가혹한 조건이다. 또한, 미합중국 특허공개 제2005/0244312호에는 글리세롤로부터 1,2-프로판디올을 제조하는 2단계 반응 과정을 제시하고 있다. 즉, 글리세롤로부터 하이드록시아세톤을 생산하는 탈수 반응과 하이드록시아세톤으로부터 1,2-프로판디올을 생산하는 수소화 반응의 2단계를 거쳐 글리세롤로부터 1,2-프로판디올을 생산한다는 것이다. 그러나, 문헌에서 보고하고 있는 촉매는 상용 촉매로서 프로판디올의 제조에 사용할 수 있는 촉매 자체에 대한 기술을 제시하고 있지 않으며, 고온 및 고압의 가혹한 조건 하에서만 반응이 이루어질 수 있어, 반응 조건의 효율성을 보다 높일 수 있는 촉매의 개발이 요구되고 있다.Many attempts have not yet been made in chemical methods using such catalysts. This is because the system for the catalyst system or the reaction process has not yet been established. In US Pat. No. 5,616,817, a catalyst of cobalt, copper, manganese, and molybdenum is prepared to convert glycerol to 1,2-propanediol. The reaction conditions presented are 100 to 700 atmospheres of high pressure and 180 to 270 ° C. It is a temperature condition, and preferable reaction conditions are 200-325 atmospheres and 200-270 degreeC temperature conditions are shown. However, this is a fairly harsh condition for the production of propanediol. In addition, US Patent Publication No. 2005/0244312 discloses a two-step reaction process for preparing 1,2-propanediol from glycerol. In other words, 1,2-propanediol is produced from glycerol through two steps: a dehydration reaction to produce hydroxyacetone from glycerol and a hydrogenation reaction to produce 1,2-propanediol from hydroxyacetone. However, the catalyst reported in the literature does not provide a description of the catalyst itself that can be used for the production of propanediol as a commercial catalyst, and the reaction can be performed only under severe conditions of high temperature and high pressure, thereby improving the efficiency of the reaction conditions. There is a demand for development of a catalyst that can be further enhanced.
본 발명은 글리세롤로부터 프로판디올을 생산하는 단일 반응 공정에 적용할 수 있는 촉매의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a process for preparing a catalyst that can be applied to a single reaction process for producing propanediol from glycerol.
본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 프로판디올 제조용 촉매를 제공한다.The present invention provides a catalyst for producing propanediol prepared by the above production method.
본 발명은 상기 촉매를 이용하여 상대적으로 낮은 온도 및 압력 조건에서 높은 수율로 프로판디올을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a process for producing propanediol in high yield at relatively low temperature and pressure conditions using the catalyst.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매의 제조 방법은 글리세롤로부터 프로판디올을 생산하는 단일 반응 과정에 첨가되는 촉매의 제조 방법으로서, 적어도 일종의 금속 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비하는 단계; 상기 금속 전구체 용액의 pH를 조절하여 침전물을 형성하는 단계; 상기 침전물을 숙성시키는 단계; 상기 숙성된 침전물을 여과하고 건조하는 단계; 및 상기 건조된 침전물을 하소하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a method for preparing a catalyst for producing propanediol is a method for preparing a catalyst added in a single reaction process for producing propanediol from glycerol, and preparing a metal precursor solution by dissolving at least one metal precursor compound in a solvent. step; Adjusting the pH of the metal precursor solution to form a precipitate; Aging the precipitate; Filtering and drying the aged precipitate; And calcining the dried precipitate.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올의 제조 방법은 반응기 내에 글리세롤 및 상기한 바에 따라 제조된 촉매를 투입하는 단계; 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 교반시키면서, 상기 반응기 내에 수소 가스를 공급하는 단계; 및 상기 글리 세롤 및 상기 수소를 반응시키는 단계를 포함한다.On the other hand, a method for producing propanediol according to an aspect of the present invention comprises the steps of adding a glycerol and a catalyst prepared according to the above in the reactor; Supplying hydrogen gas into the reactor while stirring the glycerol and the catalyst; And reacting the glycerol and the hydrogen.
본 발명에 따르면, 적절한 금속이 최적의 함량을 갖는 촉매를 이용하여 높은 수율로 글리세롤로부터 직접적으로 프로판디올을 제조할 수 있다. 또한, 상기 글리세롤로부터 수소화 반응을 통해 직접적으로 프로판디올을 제조할 경우, 상대적으로 낮은 압력 및 낮은 온도 조건에서도 효율적으로 반응이 진행될 수 있어 프로판디올 제조 공정의 경제성, 안전성, 효율성 등을 높일 수 있다.According to the present invention, propanediol can be prepared directly from glycerol in high yield using a catalyst having an optimum amount of suitable metal. In addition, when preparing a propanediol directly from the glycerol through a hydrogenation reaction, the reaction can be efficiently carried out even under relatively low pressure and low temperature conditions can increase the economics, safety, efficiency and the like of the propanediol manufacturing process.
본 발명에 따르면, 프로판디올 제조용 촉매의 제조에 있어서, 높은 활성을 가지는 금속 성분과 그 금속 성분들 간의 적절한 비율을 찾아냄으로써 효율적으로 촉매를 제조할 수 있으며, 특히 저가의 원료를 활용하여 생산 단가를 낮출 수 있으며 실용적으로 공정에 적용할 수 있다.According to the present invention, in the production of a catalyst for producing propanediol, it is possible to efficiently prepare the catalyst by finding a suitable ratio between a metal component having a high activity and the metal components, and in particular, the production cost using a low-cost raw material It can be lowered and practically applied to the process.
특히, 본 발명에 의한 프로판디올의 제조 방법에 따르면, 기존의 방법에 비해 다량의 촉매를 사용하지 않더라도 상대적으로 낮은 압력 및 낮은 온도에서 효율적으로 프로판디올을 생산할 수 있으므로 대량 생산에 활용할 수 있다.In particular, according to the method for preparing propanediol according to the present invention, it is possible to efficiently produce propanediol at a relatively low pressure and low temperature even when a large amount of catalyst is not used, compared to the conventional method, and thus can be utilized for mass production.
이하 본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매의 제조 방법 및 그를 이용한 프로판디올의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for preparing a catalyst for producing propanediol and a method for producing propanediol using the same according to an aspect of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매는 글리세롤로부터 프로판디올을 생산하는 단일 반응 과정에 첨가된다. 즉, 상기 단일 반응 과정을 통해 글리세롤로부터 직접적으로 프로판디올을 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측 면에 따른 촉매를 이용하여 글리세롤로부터 프로판디올을 제조할 경우, 그 공정의 경제성, 안전성, 효율성 등을 보다 더 향상시킬 수 있다.The catalyst for producing propanediol according to one aspect of the present invention is added to a single reaction process for producing propanediol from glycerol. That is, propanediol can be produced directly from glycerol through the single reaction process. Therefore, when preparing a propanediol from glycerol using the catalyst according to an aspect of the present invention, it is possible to further improve the economics, safety, efficiency and the like of the process.
본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매의 제조 방법은 적어도 일종의 금속 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비하는 단계, 상기 금속 전구체 용액의 pH를 조절하여 침전물을 형성하는 단계, 상기 침전물을 숙성시키는 단계, 상기 숙성된 침전물을 여과하고 건조하는 단계, 및 상기 건조된 침전물을 하소하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매의 제조 방법은 상기 하소에 의해 제조된 촉매의 활성을 증가시키기 위하여 상기 촉매를 환원시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 각 단계별로 상세히 설명하도록 한다.Method for preparing a catalyst for producing propanediol according to an aspect of the present invention is to prepare a metal precursor solution by dissolving at least one kind of metal precursor compound in a solvent, forming a precipitate by adjusting the pH of the metal precursor solution, the precipitate Aging step, filtering and drying the aged precipitate, and calcining the dried precipitate. In addition, the method for preparing a catalyst for producing propanediol according to an aspect of the present invention may further include reducing the catalyst to increase the activity of the catalyst prepared by the calcination. Hereinafter, it will be described in detail for each step.
본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매의 제조 과정은 금속 전구체 화합물 및 용매를 준비하는 것으로부터 시작된다. 상기 금속 전구체 화합물 및 상기 용매를 각각 준비한 후에는 상기 금속 전구체 화합물을 상기 용매에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비할 수 있다.The process for preparing a catalyst for producing propanediol according to one aspect of the present invention starts with preparing a metal precursor compound and a solvent. After preparing the metal precursor compound and the solvent, respectively, the metal precursor compound may be dissolved in the solvent to prepare a metal precursor solution.
상기 금속 전구체 화합물로는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 높은 활성을 가지는 금속을 함유하는 것을 사용할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 전구체 화합물로서 크롬(Cr), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 망간(Mn) 등과 같은 비귀금속류를 각각 포함하는 크롬 전구체 화합물, 구리 전구체 화합물, 니켈 전구체 화합물, 아연 전구체 화합물, 망간 전구체 화합물 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 그 중에서, 고수율과 높은 선택도를 얻기 위하여 상기 금속 전구체 화합물로서 구리 전구체 화합물 및 크롬 전구체 화합물을 동시에 사용할 수 있으며, 이때 사용되는 금속 전구체 화합물들 내의 총 구리 원자수에 대한 총 크롬 원자수의 비율이 2 : 1일 수 있다. 또는, 상기 금속 전구체 용액에서 금속 성분들의 총 원자 수 대비하여, 상기 금속 전구체 용액이 크롬 원자 40 내지 90 atom%, 및 구리 원자 10 내지 60 atom%를 포함하도록 금속 전구체 화합물의 양을 조절할 수 있다. 이 외에도, 사용되는 금속 전구체 화합물의 종류 및 양에 있어서 다양한 조합이 가능할 것이다. 상기 금속 전구체 화합물은, 예를 들어, 질산염, 초산염, 탄산염, 아세트산염, 할로겐염 등과 같은 금속염; 할로겐화물; 산화물; 황화물 등과 같은 화합물일 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 상기 금속염, 할로겐화물, 산화물, 황화물 등은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용될 수 있으며, 이들은 수화물 또는 무수물 형태일 수 있다.Although it does not specifically limit as said metal precursor compound, For example, the thing containing the metal which has high activity can be used. For example, as the metal precursor compound, a chromium precursor compound, a copper precursor compound, a nickel precursor, each containing a non-noble metal such as chromium (Cr), copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), and manganese (Mn) A compound, a zinc precursor compound, a manganese precursor compound, etc. can be used individually or in combination of 2 or more types. Among them, in order to obtain high yield and high selectivity, a copper precursor compound and a chromium precursor compound may be used simultaneously as the metal precursor compound, and the ratio of the total number of chromium atoms to the total number of copper atoms in the metal precursor compounds used at this time It may be 2: 1. Alternatively, the amount of the metal precursor compound may be adjusted so that the metal precursor solution includes 40 to 90 atom% of chromium atoms and 10 to 60 atom% of copper atoms relative to the total number of atoms of the metal components in the metal precursor solution. In addition, various combinations may be possible in the type and amount of the metal precursor compound used. The metal precursor compound may be, for example, a metal salt such as nitrate, acetate, carbonate, acetate, halogen salt or the like; Halides; oxide; It may be a compound such as sulfide, but the present invention is not limited thereto. The metal salts, halides, oxides, sulfides and the like may be used alone or in combination of two or more, and they may be in the form of hydrates or anhydrides.
상기 용매로는 극성 또는 비극성 용매가 모두 가능하다. 상기 용매로는 상기 금속 전구체를 용해시킬 수 있으면 되므로, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 에탄올, 부탄올, 증류수 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이 외에도, 저급 알콜류 등도 용매로 도입할 수 있다.The solvent may be either a polar or nonpolar solvent. Since the said metal precursor should just be able to melt | dissolve as said solvent, it is not specifically limited, For example, ethanol, butanol, distilled water, etc. can be used individually or in combination of 2 or more types. In addition, lower alcohols can also be introduced as a solvent.
다음으로, 상기 금속 전구체 용액의 pH를 조절하여 침전물을 형성한다. 상기 침전물은 상기 금속 전구체 화합물의 금속 원소가 포함된 화합물로, 특정 pH 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 pH 조절은 금속 전구체 화합물의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액을 상기 금속 전구체 용액에 첨가함으로써 수행될 수 있다. 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트 륨 수용액이 상기 금속 전구체 용액에 첨가되어 상기 pH가 7 내지 13이 될 수 있는데, 구체적인 pH의 값은 상기 금속 전구체 용액 내에 함유된 금속 성분의 종류 및 함량에 따라 상기 범위 내에서 달라질 수 있다.Next, the pH of the metal precursor solution is adjusted to form a precipitate. The precipitate is a compound containing a metal element of the metal precursor compound, it may be formed within a specific pH range. The pH adjustment may vary depending on the type of metal precursor compound, but may be performed, for example, by adding an alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution to the metal precursor solution. The alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution may be added to the metal precursor solution so that the pH may be 7 to 13, and the specific pH value is in the range according to the type and content of the metal component contained in the metal precursor solution. Can vary within.
상기 알칼리족 탄산염 또는 상기 수산화나트륨 수용액의 농도 및 첨가 속도에 의해 상기 침전물의 입자 크기, 형성 속도 등이 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 첨가 속도가 너무 빠르거나 농도가 너무 높으면 제조되는 형성되는 침전물의 입자의 크기가 커져서 촉매의 활성이 낮아지는 문제가 있다. 반면, 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 첨가 속도가 너무 느리거나 농도가 너무 낮으면 촉매 제조의 효율성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 문제점들을 효과적으로 억제하기 위해 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액의 농도를 0.5 내지 3 mol/L 범위 내로 설정하고, 아울러 상기 알칼리족 탄산염 또는 수산화나트륨 수용액을 1분당 0.1 내지 10mL의 속도로 상기 금속 전구체 용액에 첨가할 수 있다.The particle size, the formation rate, etc. of the precipitate may vary depending on the concentration and the addition rate of the alkali carbonate or the aqueous sodium hydroxide solution. For example, if the addition rate of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is too fast or the concentration is too high, there is a problem in that the activity of the catalyst is lowered due to the increase in the size of the precipitate formed particles. On the other hand, if the addition rate of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is too slow or the concentration is too low, the efficiency of the catalyst production may be reduced. Therefore, in order to effectively suppress the problems, the concentration of the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is set within the range of 0.5 to 3 mol / L, and the alkali carbonate or sodium hydroxide aqueous solution is added at a rate of 0.1 to 10 mL per minute. It can be added to the metal precursor solution.
다음으로, 상기 금속 전구체 용액의 pH가 9 내지 13의 범위 내에서 특정 값에 도달한 경우, 상기 침전물을 숙성시킬 수 있다. 상기 숙성은 침전 반응이 충분히 일어날 수 있도록 50 내지 90℃에서 2 내지 12시간 동안 수행될 수 있다. 숙성 온도가 너무 낮거나 너무 높으면 촉매 활성이 높은 입자 크기를 갖는 침전물을 형성하기가 곤란하므로, 전술한 바와 같이, 숙성 온도를 50 내지 90℃, 바람직하게는 60 내지 80℃로 설정할 수 있다.Next, when the pH of the metal precursor solution reaches a specific value within the range of 9 to 13, the precipitate may be aged. The aging may be carried out for 2 to 12 hours at 50 to 90 ℃ so that the precipitation reaction occurs sufficiently. If the aging temperature is too low or too high, it is difficult to form a precipitate having a high particle size of catalytic activity, and as described above, the aging temperature can be set at 50 to 90 ° C, preferably 60 to 80 ° C.
다음으로, 상기 침전물에 남아있는 알칼리족 탄산염 수용액 또는 수산화나트 륨 수용액이 완전히 제거될 때까지 증류수로 충분히 세척해 준다. 이후, 세척된 침전물을 여과하고 건조한다. 상기 건조는 80 내지 200℃에서 상기 침전물이 완전히 건조될 때까지 충분히 수행한다.Next, the solution is sufficiently washed with distilled water until the alkali carbonate aqueous solution or the sodium hydroxide aqueous solution remaining in the precipitate is completely removed. The washed precipitate is then filtered and dried. The drying is carried out sufficiently at 80 to 200 ° C. until the precipitate is completely dried.
다음으로, 상기 침전물 내에 남아 있는 유기물을 제거하고 적절한 합금 상을 형성하기 위해서 상기 건조된 침전물을 하소할 수 있다. 상기 하소는 공기 분위기 또는 산소 분위기하에서 400 내지 700℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 구체적인 하소 온도는 높은 촉매 활성을 나타내는 합금상을 형성할 수 있는 온도로 정해질 수 있으며, 형성된 침전물 내에 함유된 금속 성분의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 구리, 크롬, 니켈 등의 금속 성분들은 400 내지 700℃, 바람직하게는 500 내지 600℃에서 하소될 경우 적절한 합금상이 형성될 수 있다.Next, the dried precipitate may be calcined to remove organic matter remaining in the precipitate and to form an appropriate alloy phase. The calcination may be performed in a temperature range of 400 to 700 ° C. under an air atmosphere or an oxygen atmosphere. The specific calcination temperature may be set to a temperature capable of forming an alloy phase exhibiting high catalytic activity and may vary depending on the type and content of the metal component contained in the formed precipitate. For example, metal components such as copper, chromium, nickel, etc. may form an appropriate alloy phase when calcined at 400 to 700 ° C, preferably 500 to 600 ° C.
상기 하소 과정을 거친 후 생성된 촉매는 다양한 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 크롬과 구리를 동시에 함유하는 촉매, 예를 들어, CuCr2O4의 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조들은 금속 전구체 용액 준비시 투입되는 금속 전구체 화합물의 종류 및 양에 의해 결정될 수 있다. 일 예로, 상기 촉매는 상기 촉매의 금속 성분들의 총 원자수 대비하여, 크롬 원자 40 내지 90 atom%, 및 구리 원자 10 내지 60 atom%를 함유할 수 있다. CuCr2O4의 구조, 즉, 총 구리 원자수에 대한 총 크롬 원자수의 비율이 2 : 1인 촉매의 경우 촉매 활성이 가장 우수한 특성을 나타낼 수 있다. 이에 대해서는 실시예들에서 보다 상세히 후술하도록 한다.The catalyst produced after the calcination process may have various structures. For example, it may have a structure containing a chromium and copper at the same time, for example, CuCr 2 O 4 . Such structures may be determined by the type and amount of the metal precursor compound to be added when preparing the metal precursor solution. For example, the catalyst may contain 40 to 90 atom% of chromium atoms and 10 to 60 atom% of copper atoms relative to the total number of atoms of the metal components of the catalyst. In the case of a catalyst having a structure of CuCr 2 O 4 , that is, a ratio of the total number of chromium atoms to the total number of copper atoms of 2: 1, the catalytic activity may exhibit the best characteristics. This will be described later in more detail in the Examples.
다음으로, 필요에 따라 상기 촉매의 활성을 증가시키기 위하여 상기 촉매를 환원시킬 수 있다. 상기 환원은 수소 가스를 소정의 속도로 공급하면서 200 내지 500℃에서, 바람직하게는 300 내지 400℃에서 수행될 수 있다. 200 내지 500℃의 환원 온도 범위는 금속을 선택적으로 환원시켜 최적의 촉매 활성을 나타낼 수 있는 온도이다. 한편, 상기 환원은 수소 가스 외에 질소, 헬륨 또는 아르곤 가스를 추가적으로 공급하면서 수행될 수 있다. 상기 질소, 헬륨, 또는 아르곤 가스는 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 공급될 수 있으며, 상기 수소 가스와 함께 혼합된 혼합 가스 형태로 공급될 수 있다. 혼합 가스 내에서 수소 가스의 부피비는 10 내지 20%일 수 있다. 예를 들어, 환원 단계에서 공급되는 혼합 가스의 부피비는 수소 가스 10%, 질소 가스 90%(즉, 10% H2/N2)일 수 있다.Next, the catalyst can be reduced if necessary to increase the activity of the catalyst. The reduction may be carried out at 200 to 500 ℃, preferably at 300 to 400 ℃ while supplying hydrogen gas at a predetermined rate. A reduction temperature range of 200 to 500 ° C. is a temperature at which the metal can be selectively reduced to provide optimum catalytic activity. Meanwhile, the reduction may be performed while additionally supplying nitrogen, helium or argon gas in addition to hydrogen gas. The nitrogen, helium, or argon gas may be supplied alone or in combination of two or more, respectively, and may be supplied in the form of a mixed gas mixed with the hydrogen gas. The volume ratio of hydrogen gas in the mixed gas may be 10 to 20%. For example, the volume ratio of the mixed gas supplied in the reduction step may be 10% hydrogen gas, 90% nitrogen gas (ie, 10% H 2 / N 2 ).
전술한 바에 따르면, 프로판디올 제조용 촉매의 제조에 있어서, 높은 활성을 가지는 금속 성분과 그 금속 성분들 간의 적절한 비율을 찾아낼 수 있다. 아울러, 저가의 금속 전구체 화합물들을 이용하여 촉매 제조의 생산 단가를 낮출 수 있으며 대량 생산에 실용적으로 적용할 수 있다.According to the above, in the preparation of a catalyst for producing propanediol, it is possible to find a suitable ratio between a metal component having a high activity and the metal components. In addition, low-cost metal precursor compounds can be used to lower the production cost of catalyst production and can be practically applied to mass production.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올의 제조 방법은 반응기 내에 글리세롤 및 상기한 바에 따라 제조된 촉매를 투입하는 단계, 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 교반시키면서, 상기 반응기 내에 수소 가스를 공급하는 단계, 및 상기 글리세롤 및 상기 수소를 반응시키는 단계를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명하도록 한다.On the other hand, the method for producing propanediol according to an aspect of the present invention is a step of introducing a glycerol and the catalyst prepared according to the above, the reactor while stirring the glycerol and the catalyst, supplying hydrogen gas into the reactor, And reacting the glycerol and the hydrogen. Hereinafter will be described in detail for each step.
본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올의 제조 과정은 글리세롤 및 상기 촉매 를 각각 준비하는 것으로부터 시작되며, 이후 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 반응기 내에 투입한다. 상기 글리세롤은 바이오디젤을 생산 과정에서 발생하는 부산물일 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 글리세롤은 다양한 경로를 통해 합성되거나 또는 다양한 합성 반응의 부산물로서 생성될 수 있다. 이 외에도, 상기 글리세롤로서 시판되는 것을 이용할 수도 있을 것이다. 상기 촉매의 양이 부족하면 반응 과정에서 활성이 충분히 나타나지 않을 수 있고, 촉매의 양이 많아질수록 높은 수율의 프로판디올을 얻을 수 있으나 경제성을 고려할 때 상기 촉매의 함량은 글리세롤 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 2 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 반응기로는, 예를 들어, 회분식 반응기(batch reactor)를 사용할 수 있다.The process for producing propanediol according to one aspect of the present invention begins with preparing glycerol and the catalyst, respectively, and then introducing the glycerol and the catalyst into the reactor. The glycerol may be a byproduct generated in the production of biodiesel, but the present invention is not limited thereto. For example, the glycerol may be synthesized through various routes or produced as a by-product of various synthesis reactions. In addition to these, commercially available ones may be used as the glycerol. If the amount of the catalyst is insufficient, the activity may not appear sufficiently in the reaction process, the higher the amount of the catalyst can be obtained a higher yield of propanediol, but considering the economical content of the catalyst is 1 to 100 parts by weight of
다음으로, 상기 반응기를 완전히 밀폐한 후, 상기 글리세롤 및 상기 촉매를 교반시키면서, 상기 반응기 내가 수소 가스 분위기로 조성되도록 반응기 내에 수소 가스를, 예를 들어, 30 내지 60분 동안 공급한다. 한편, 수소 가스와 헬륨, 아르곤, 질소 가스 등이 혼합된 혼합 가스를 상기 반응기 내에 공급하여도 무방하다.Next, after the reactor is completely sealed, hydrogen gas is supplied into the reactor, for example, for 30 to 60 minutes while stirring the glycerol and the catalyst so that the inside of the reactor is formed in a hydrogen gas atmosphere. In addition, the mixed gas which mixed hydrogen gas, helium, argon, nitrogen gas, etc. may be supplied in the said reactor.
다음으로, 반응기 내부를 소정의 압력 및 온도 범위로 승압 및 승온하여, 상기 글리세롤 및 상기 수소를 반응시킨다. 상기 반응시, 반응 온도가 너무 낮으면 프로판디올의 제조 효율이 낮아지므로, 상기 반응 온도는 150 내지 300℃, 바람직하게는 210 내지 280℃, 보다 바람직하게는 220 내지 260℃가 효율적이다. 상기 반응 온도가 150℃보다 낮으면 글레세롤의 전환율이 낮아지고, 300℃보다 높으면 선택도가 떨어지고 에너지 효율면에서 바람직하지 않다. 상기 반응시, 반응 압력도 마찬가지의 이유로 20 내지 100 기압, 바람직하게는 60 내지 90 기압을 유지하는 것이 적당하다. 상기 반응은 글리세롤로부터 프로판디올로의 전환이 충분하게 일어날 수 있도록, 예를 들어, 0.5 내지 48시간 동안, 바람직하게는 5 내지 15시간 동안 수행될 수 있다. 상기 프로판디올은, 1,2-프로판디올 및/또는 1,3-프로판디올일 수 있다.Next, the inside of the reactor is elevated and heated to a predetermined pressure and temperature range to react the glycerol and the hydrogen. In the reaction, if the reaction temperature is too low, the production efficiency of propanediol is low, the reaction temperature is 150 to 300 ℃, preferably 210 to 280 ℃, more preferably 220 to 260 ℃ is effective. When the reaction temperature is lower than 150 ° C, the conversion rate of glaserol is lowered, and when the reaction temperature is higher than 300 ° C, the selectivity is lowered and is not preferable in terms of energy efficiency. In the reaction, for the same reason, the reaction pressure is appropriately maintained at 20 to 100 atmospheres, preferably 60 to 90 atmospheres. The reaction can be carried out, for example, for 0.5 to 48 hours, preferably for 5 to 15 hours, so that a sufficient conversion from glycerol to propanediol can occur. The propanediol may be 1,2-propanediol and / or 1,3-propanediol.
전술한 바에 따르면, 적절한 금속이 최적의 함량을 갖는 촉매를 이용하여 높은 수율로 글리세롤로부터 직접적으로 프로판디올을 제조할 수 있다. 이러한 프로판디올의 생산은 상대적으로 낮은 압력 및 낮은 온도 조건에서 수행될 수 있어서, 프로판디올 제조 공정의 경제성, 안전성, 효율성 등이 향상될 수 있다.According to the above, propanediol can be prepared directly from glycerol in high yield using a catalyst having an appropriate amount of a suitable metal. The production of such propanediol can be carried out at relatively low pressure and low temperature conditions, thereby improving the economics, safety, efficiency and the like of the propanediol manufacturing process.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 일 측면에 따른 프로판디올 제조용 촉매 및 프로판디올의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 보다 더 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 것으로서, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the catalyst for producing propanediol and the method for preparing propanediol according to an aspect of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are exemplary for explaining the present invention in more detail. Is not limited to the following examples.
[실시예]EXAMPLE
실시예 1Example 1
i) 프로판디올 제조용 촉매의 제조i) Preparation of Catalysts for Propanediol Preparation
구리 원자수 : 크롬 원자수의 비가 1 : 2이 되도록 질산 구리(Cu(NO3)2·2H2O) 7.32g, 질산 크롬(Cr(NO3)2·9H2O) 26g을 400mL의 증류수에 용해시켜 금속 전구체 용액을 준비한 다음, 3 mol/L의 농도를 갖는 수산화나트륨 수용액을 상기 금 속 전구체 용액의 pH가 12가 될 때까지 첨가하여 침전물을 형성하였다.400 mL of distilled water of 7.32 g of copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 · 2H 2 O) and 26 g of chromium nitrate (Cr (NO 3 ) 2 · 9H 2 O) so that the ratio of the number of copper atoms: chromium atoms is 1: 2. It was dissolved in to prepare a metal precursor solution, and then an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 3 mol / L was added until the pH of the metal precursor solution reached 12 to form a precipitate.
다음으로, 침전물이 형성된 상기 금속 전구체 용액의 온도를 60℃로 유지하고 6시간 동안 교반해 주면서 침전물을 숙성시켰다. 상기 침전물을 증류수로 세척한 다음, 80℃에서 24시간 동안 건조한 후, 건조된 침전물을 분쇄하여 입자를 고르게 하였다. 다음으로, 550℃의 온도 및 공기 분위기 하에서 6시간 동안 하소시켰다. 하소된 촉매산화물을 X선 회절 분석법(XRD)로 분석한 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1의 가로축은 회절 각도(2 theta)이고, 세로축은 회절 세기를 나타낸다. 본 실시예에서 제조된 촉매에 대한 결과는 위에서 세번째 그래프인 (c)이다. 도 1의 (c)에서 ‘◆’ 피크로부터 CuCr2O4 상을 확인할 수 있었다.Next, the precipitate was aged while maintaining the temperature of the metal precursor solution in which the precipitate was formed at 60 ° C. and stirring for 6 hours. The precipitate was washed with distilled water and then dried at 80 ° C. for 24 hours, after which the dried precipitate was ground to uniform particles. Next, it was calcined for 6 hours at a temperature of 550 ° C and an air atmosphere. The results of analyzing the calcined catalyst oxide by X-ray diffraction analysis (XRD) are shown in FIG. 1. 1 is the diffraction angle (2 theta), and the vertical axis represents the diffraction intensity. The result for the catalyst prepared in this example is (c), the third graph from above. In (c) of FIG. 1, the CuCr 2 O 4 phase was identified from the '◆' peak.
ii) 프로판디올 제조용 촉매의 환원ii) reduction of the catalyst for producing propanediol
상기 촉매 1.5g을 튜브형 반응기에 충전시키고 10% H2/N2 혼합 가스를 1분당 200mL씩 흘려주면서 서서히 승온하였다. 온도가 320℃에 도달된 후, 상기 온도를 일정하게 2시간 동안 유지시켜 상기 촉매를 환원시켰다. 환원된 촉매에 대한 X선 회절분석(XRD) 결과는 도 2의 (c)에 도시하였다. 도 2의 (c)에서 ‘◆’ 피크로부터 환원된 CuCr2O4 상을 확인할 수 있었다.1.5 g of the catalyst was charged into a tubular reactor, and the temperature was gradually increased while flowing 10% H 2 / N 2 mixed gas at 200 mL per minute. After the temperature reached 320 ° C., the temperature was kept constant for 2 hours to reduce the catalyst. X-ray diffraction (XRD) results for the reduced catalysts are shown in FIG. In (c) of FIG. 2, the reduced CuCr 2 O 4 phase was identified from the '◆' peak.
iii) 프로판디올의 제조iii) preparation of propanediol
상기의 환원 과정으로 활성화된 촉매 1g을 회분식 반응기에 순도 90% 이상의 글리세롤 50g과 함께 투입한 후, 상기 반응기를 밀폐하였다. 다음으로, 상기 반응기 내부를 교반시키면서 1분당 50mL의 수소를 30분 동안 반응기 내부로 공급하였 다. 다음으로, 상기 반응기 내부로 수소를 고압으로 공급하여 반응기 내부의 압력을 80 기압으로 올리면서 반응기의 내부 온도를 240℃까지 승온하였다. 이후, 반응기 내부의 최종 압력을 80 기압으로, 반응 온도를 240℃로 일정하게 유지시키고 격렬하게 교반시켜 주면서 12시간 동안 상기 글리세롤 및 상기 수소를 반응시켜 1,2-프로판디올을 제조하였다. 상기 글리세롤의 전환율, 1,2-프로판디올의 수율 및 1,2-프로판디올의 선택도를 표 1에 나타내었다. 여기서, 상기 전환율은 상기 글리세롤 및 상기 수소의 반응으로 글리세롤이 다른 화합물로 전환된 비율을 나타내며, 상기 선택도는 전환된 화합물 중에서 프로판디올이 차지하는 비율을 나타낸다. 상기 수율은 글리세롤에서 프로판디올로 전환된 비율을 나타내며, 상기 전환율과 상기 선택도의 곱에 해당되는 값이다.1 g of the catalyst activated by the reduction process was introduced into a batch reactor together with 50 g of glycerol having a purity of 90% or more, and then the reactor was sealed. Next, 50 mL of hydrogen per minute was fed into the reactor for 30 minutes while stirring the inside of the reactor. Next, while supplying hydrogen at a high pressure into the reactor, the temperature inside the reactor was raised to 240 ° C. while raising the pressure inside the reactor to 80 atm. Subsequently, 1,2-propanediol was prepared by reacting the glycerol and the hydrogen for 12 hours while maintaining a constant reaction temperature at 240 ° C. and stirring vigorously at 80 atm. The conversion of the glycerol, the yield of 1,2-propanediol and the selectivity of 1,2-propanediol are shown in Table 1. Here, the conversion rate represents the ratio of glycerol converted to another compound by the reaction of the glycerol and the hydrogen, the selectivity represents the proportion of propanediol in the converted compound. The yield represents the ratio converted from glycerol to propanediol and is a value corresponding to the product of the conversion and the selectivity.
실시예 2 내지 5Examples 2 to 5
구리 원자수 : 크롬 원자수의 비가 각각 1 : 0(실시예 2), 1 : 1(실시예 3), 1 : 3(실시예 4), 0 : 1(실시예 5)이 되도록 금속 전구체 용액을 준비하였다. 나머지 i), ii) 및 iii) 과정은 상기 실시예 1에서와 동일하게 진행하여 촉매 및 1,2-프로판디올을 제조하였다. 실시예 2 내지 5에 대한 글리세롤의 전환율, 1,2-프로판디올의 수율 및 1,2-프로판디올의 선택도를 표 1에 나타내었다. 아울러, 실시예 2 내지 5에 의해 제조된 환원 전 촉매 및 환원 후의 촉매에 대한 X선 회절 분석 결과를 도 1 및 도 2에 도시하였다.The metal precursor solution so that the ratio of the number of copper atoms to the number of chromium atoms is 1: 0 (Example 2), 1: 1 (Example 3), 1: 3 (Example 4), and 0: 1 (Example 5), respectively. Was prepared. The remaining steps i), ii) and iii) were carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a catalyst and 1,2-propanediol. The conversion of glycerol, the yield of 1,2-propanediol and the selectivity of 1,2-propanediol for Examples 2-5 are shown in Table 1. In addition, the results of X-ray diffraction analysis for the catalyst before reduction and the catalyst after reduction prepared in Examples 2 to 5 are shown in FIGS. 1 and 2.
(mol%)Conversion rate
(mol%)
(mol%)Selectivity
(mol%)
(mol%)yield
(mol%)
도 1은 실시예 1 내지 5에서 i) 과정에 의해 제조된 촉매에 대해 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 이때의 촉매는 환원되지 않은 것이다. 도 1의 (a)는 실시예 2, (b)는 실시예 3, (c)는 실시예 1, (d)는 실시예 4, (e)는 실시예 5에 의해 제조된 촉매에 대한 결과이다.1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis for the catalyst prepared by the process i) in Examples 1 to 5, wherein the catalyst is not reduced. (A) Example 2, (b) Example 3, (c) Example 1, (d) Example 4, (e) results for the catalyst prepared by Example 5 to be.
도 1을 참조하면, (a)는 구리 원자수 : 크롬 원자수의 비율이 1 : 0인 경우로, ‘□’ 피크로부터 산화구리(CuO) 상이 형성되었음을 알 수 있었다. 도 1에서 (b), (c), (d), (e)로 올라감에 따라 크롬의 비율이 점차 높아진다. 상기 크롬의 비율이 높아짐에 따라 산화구리 상을 나타내는 ‘□’ 피크의 세기가 작아지고, (c)에서 알 수 있는 바와 같이, CuCr2O4 상이 형성됨을 ‘◆’ 피크로부터 알 수 있었다. 실시예 5와 같이, 구리 원자수: 크롬 원자수의 비가 1 : 3일 경우, 산화크롬(Cr2O3) 상이 형성됨을 ‘▲’ 피크로부터 알 수 있었다. 상기 실시예 5의 촉매는 결정성이 뛰어나지 않으며, 상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 수율이 0으로 촉매 활성을 거의 나타내지 않음을 알 수 있었다.Referring to FIG. 1, (a) is a case where the ratio of the number of copper atoms to the number of chromium atoms is 1: 0, and it was found that a copper oxide (CuO) phase was formed from the '□' peak. As shown in (b), (c), (d) and (e) in FIG. 1, the proportion of chromium gradually increases. As the ratio of chromium increases, the intensity of the '□' peak representing the copper oxide phase decreases, and as can be seen from (c), it can be seen from the '◆' peak that a CuCr 2 O 4 phase is formed. As in Example 5, when the ratio of the number of copper atoms to the number of chromium atoms is 1: 3, it can be seen from the '▲' peak that a chromium oxide (Cr 2 O 3 ) phase is formed. The catalyst of Example 5 was not excellent in crystallinity, and as can be seen from the results of Table 1, it was found that the yield shows almost no catalytic activity.
도 2는 실시예 1 내지 5에서 i) 및 ii) 과정에 의해 제조된 촉매에 대해 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 이때의 촉매는 환원된 것이다. 도 2의 (a)는 실시예 2, (b)는 실시예 3, (c)는 실시예 1, (d)는 실시예 4, (e)는 실시예 5에 의해 제조된 촉매에 대한 결과이다.Figure 2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis for the catalyst prepared by the process i) and ii) in Examples 1 to 5, wherein the catalyst is reduced. (A) of Example 2, (b) of Example 3, (c) of Example 1, (d) of Example 4, and (e) of the catalyst prepared by Example 5 to be.
상기 도 1의 경우와 마찬가지로, 도 2의 (a), (b), (c), (d), (e)로 올라감에 따라 크롬의 비율이 점차 높아진다. 크롬의 첨가량이 많아질수록 구리 상이 줄어들고 환원된 CuCr2O4 상이 조금씩 발달함을 알 수 있다. 특히, 구리 원자수 : 크롬 원자수의 비율이 1 : 2로 섞여 있는 촉매의 경우(실시예 1, 도 2의 (c)), 구리 상이나 산화크롬 상은 존재하지 않고 모든 금속이 CuCr2O4의 환원된 상을 이루고 있음을 알 수 있었다.As in the case of FIG. 1, the ratio of chromium gradually increases as it goes up to (a), (b), (c), (d) and (e) of FIG. As the amount of chromium added increases, the copper phase decreases and the reduced CuCr 2 O 4 phase develops little by little. In particular, in the case of a catalyst in which the ratio of the number of copper atoms to the number of chromium atoms is mixed with 1: 2 (Example 1, FIG. 2 (c)), the copper phase or the chromium oxide phase does not exist, and all metals contain CuCr 2 O 4 . It can be seen that it forms a reduced phase.
실시예 6 내지 37Examples 6-37
i) 및 ii) 과정을 상기 실시예 1에서와 동일하게 진행하여 촉매를 제조하였다. iii) 프로판디올의 제조시, 글리세롤의 전체 중량 대비 촉매의 첨가량, 상기 글리세롤 및 상기 수소의 반응시의 반응 압력, 반응 온도 및 반응 시간 등을 하기 표 2에서와 나타낸 바대로 설정하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1의 iii)에서와 동일하게 진행하여 촉매 및 1,2-프로판디올을 제조하였다. 상기 글리세롤의 전환율, 1,2-프로판디올의 수율 및 1,2-프로판디올의 선택도를 표 2에 나타내었다.i) and ii) the same process as in Example 1 to prepare a catalyst. iii) In the preparation of propanediol, the addition amount of the catalyst relative to the total weight of glycerol, the reaction pressure, the reaction temperature and the reaction time during the reaction of the glycerol and the hydrogen were set as shown in Table 2 below In the same manner as in iii) of Example 1, a catalyst and 1,2-propanediol were prepared. The conversion of the glycerol, the yield of 1,2-propanediol and the selectivity of 1,2-propanediol are shown in Table 2.
(bar)pressure
(bar)
(℃)Temperature
(℃)
(wt%) Catalytic amount
(wt%)
(hr) time
(hr)
(mol%)Conversion rate
(mol%)
(mol%) Selectivity
(mol%)
(mol%) yield
(mol%)
상기 표 2의 실시예 6 내지 25를 참조하면, 반응 압력, 촉매량, 및 반응 시간 등이 동일할 경우, 반응 온도가 증가함에 따라 수율은 증가하다가 일정 반응 온도를 넘어서면 수율이 감소함을 알 수 있었다. 상기 실시예에서는 반응 온도가 240?일 때, 수율이 최대가 됨을 알 수 있다. 또한, 반응 온도, 촉매량 및 반응 시간 등이 동일할 경우, 반응 압력이 증가함에 따라 낮은 반응 온도에서는 수율이 큰 차이를 보이지 않았으나, 높은 반응 온도에서는 수율이 상승함을 알 수 있었다. 상기 실시예에서는 반응 압력이 80기압일 때, 수율이 최대가 됨을 알 수 있다.Referring to Examples 6 to 25 of Table 2, when the reaction pressure, the amount of catalyst, and the reaction time are the same, the yield increases as the reaction temperature increases, but it can be seen that the yield decreases beyond a certain reaction temperature. there was. In the above embodiment, it can be seen that the yield is maximum when the reaction temperature is 240 ?. In addition, when the reaction temperature, the amount of catalyst and the reaction time are the same, as the reaction pressure increases, the yield did not show a big difference, but it was found that the yield increases at the high reaction temperature. In the above embodiment, when the reaction pressure is 80 atm, it can be seen that the yield is the maximum.
상기 실시예 25 내지 28을 참조하면, 촉매의 첨가량이 증가할수록 전환율, 선택도 및 수율이 증가하다가 일정 범위를 넘어서면 상기 전환율, 선택도 및 수율이 크게 증가하지 않음을 알 수 있었다. 상기 실시예에서는 촉매의 첨가량이 2 중량%를 넘어서면, 상기 전환율, 선택도 및 수율이 크게 증가하지 않는다.Referring to Examples 25 to 28, it was found that the conversion, selectivity, and yield increased as the amount of the catalyst added increased, but the conversion, selectivity, and yield did not increase significantly beyond a certain range. In this embodiment, the conversion, selectivity and yield do not increase significantly when the amount of catalyst added exceeds 2 wt%.
상기 실시예 25, 29 내지 37을 참조하면, 반응 압력, 반응 온도, 촉매량이 일정한 경우, 반응 시간이 증가하면, 전환율, 선택도 및 수율은 증가하는 경향을 띄다가 일정 반응 시간을 넘어서면 상기 전환율, 선택도 및 수율이 감소함을 알 수 있었다. 상기 실시예에서는 반응 시간이 12시간일 때, 최대의 수율을 갖는다.Referring to Examples 25, 29 to 37, when the reaction pressure, the reaction temperature, the amount of the catalyst is constant, as the reaction time increases, the conversion rate, selectivity and yield tends to increase but exceeds the predetermined reaction time It was found that the selectivity and yield decreased. In this embodiment, when the reaction time is 12 hours, it has the maximum yield.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
도 1은 실시예 1 내지 5에 의해 제조된 촉매에 대한 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 1의 (a)는 실시예 2, (b)는 실시예 3, (c)는 실시예 1, (d)는 실시예 4, (e)는 실시예 5에 의해 제조된 촉매에 대한 결과로, 상기 촉매는 환원되지 않은 것이다.1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis for the catalysts prepared in Examples 1 to 5. (A) Example 2, (b) Example 3, (c) Example 1, (d) Example 4, (e) results for the catalyst prepared by Example 5 As such, the catalyst is not reduced.
도 2는 실시예 1 내지 5에 의해 제조된 촉매에 대한 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2의 (a)는 실시예 2, (b)는 실시예 3, (c)는 실시예 1, (d)는 실시예 4, (e)는 실시예 5에 의해 제조된 촉매에 대한 결과로, 상기 촉매는 환원된 것이다.2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis for the catalysts prepared in Examples 1 to 5. (A) of Example 2, (b) of Example 3, (c) of Example 1, (d) of Example 4, and (e) of the catalyst prepared by Example 5 The catalyst is reduced.
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