KR20120107353A - Fabrication method of 1,3-butadiene from 2,3-butanediol - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of 1,3-butadiene is provided to obtain 1,3-butadiene with high selectivity through a dehydration of 2,3-butandiol, and to able to manufacture 1,3-butadiene at low temperature with long term stability. CONSTITUTION: A manufacturing method of 1,3-butadiene comprises a step of manufacturing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol under the presence of a hydroxyapatite-alumina catalyst. The catalyst contains 5-40 weight% of alumina and 60-95 weight% of hydroxyapatite. The 1,3-butadiene is manufactured through a dehydration of the 2,3-butandiols. The dehydration is conducted under conditions of a reaction temperature of 320-430 °C, a reaction pressure of 1-6 atm, and a liquid hour space velocity of 0.3-1.5 h^(-1).

Description

2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 방법{Fabrication Method of 1,3-Butadiene from 2,3-Butanediol}Method for producing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol {Fabrication Method of 1,3-Butadiene from 2,3-Butanediol}

본 발명은 2,3-부탄디올(2,3-butanediol)로부터 1,3-부타디엔(1,3-Butadiene)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 바이오 플랫폼 화합물인 2,3-부탄디올로부터 극히 우수한 선택성으로 1,3-부타디엔을 제조하는 방법이며, 장기간 안정하게 1,3-부타디엔을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for preparing 1,3-butadiene (2,3-butanediol) from 2,3-butanediol, and in particular from 2,3-butanediol, a bio platform compound It is a method for producing 1,3-butadiene with excellent selectivity and relates to a method for producing 1,3-butadiene stably for a long time.

2,3-부탄디올(BDO; 2,3-butanediol)은 일반적으로 발효에 의해 생산되는 방법으로 제조된다. 특히 2차 세계 대전시 생고무대신, 합성고무의 수요급등으로 인해, 부타디엔의 원료로 대량생산되기도 하였으나, 석유로부터 부타디엔을 대량으로 저가로 공급하게 됨에 따라서 2,3-부탄디올의 생산은 일부 정밀화학제품 사용으로 제한되면서 크게 줄어들었다. 2,3-butanediol (BDO; 2,3-butanediol) is generally prepared by methods produced by fermentation. In particular, due to the surge in demand for synthetic rubber instead of raw rubber during World War II, it was mass-produced as raw material of butadiene.However, as 2,3-butanediol is produced at a low price by supplying butadiene from petroleum in bulk, some fine chemicals are used. Restricted to, greatly reduced.

최근 고유가로 인한 부타디엔의 원료인 납사 가격의 상승으로 납사 분해설비 가동률을 10~15% 정도 줄이고 있고, 최근 중동지역에서 에틸렌 분해설비 증설에 따른 납사 분해설비의 채산성 악화로 인해 가동률이 더욱 감소될 것이므로, 이로 인해 부타디엔의 수급에 큰 차질이 예상되어 부타디엔과 2-부탄온 및 2,3-디메틸옥시란 등의 생산에서 석유 의존도를 줄이기 위해 석유 대체자원인 바이오매스(2,3-부탄디올)로부터 부타디엔, 2-부탄온 및 2,3-디메틸옥시란을 제조하는 연구개발이 추진되고 있다.As the price of naphtha, a raw material of butadiene due to high oil prices, is increasing, the utilization rate of naphtha cracking facilities is reduced by about 10-15%, and the utilization rate will decrease further due to deterioration in the profitability of naphtha cracking facilities due to the recent expansion of ethylene cracking facilities in the Middle East. As a result, butadiene, 2-butanone, and 2,3-dimethyloxirane are expected to have a big disruption in the supply and demand of butadiene, butadiene from biomass (2,3-butanediol), an petroleum substitute, is used to reduce the dependence on petroleum. R & D for preparing 2-butanone and 2,3-dimethyloxirane is being promoted.

2,3-부탄디올(BDO)을 생산하는 방법으로, 박테리아인 Klebsiella pneumoniae, Bacillus polymyxa 또는 Enterobacter aerogenes 등의 발효균주를 사용하며, 펜토스(Pentoses), 자일로스(Xylose) 및 아라비노스(Arabinose) 등을 원료로 하고 배양조건(온도, pH, 배지조성, 탄소원 등)을 최적화하여 합성하고, 발효액으로부터는 다단계 감압분별증류, 용매추출 및 미세기공 테프론멤브레인 막분리 등의 방법으로 분리 정제하는 방법이 알려져 있다(Syu, M.-J. Appl. Microbiol. Biotechnol(2001)55:10-18). As a method for producing 2,3-butanediol (BDO), fermented strains such as bacteria Klebsiella pneumoniae, Bacillus polymyxa or Enterobacter aerogenes are used, and pentoses, xylose and arabinose, etc. Is synthesized by optimizing the culture conditions (temperature, pH, medium composition, carbon source, etc.), and separating and purifying from the fermentation broth using multistage vacuum distillation, solvent extraction, and micropore Teflon membrane separation. (Syu, M.-J. Appl. Microbiol. Biotechnol (2001) 55: 10-18).

2,3-부탄디올(BDO)은 용도에 따라서 Dry BDO와 Wet BDO로 구분되며, Dry BDO는 수분함량이 5%이하이고, Wet BDO는 수분함량이 5-80%이다. 탈수반응에는 Dry BDO와 수분함량이 20% 이하인 Wet BDO가 주로 사용되는 데, 이는 탈수반응에서 물이 많이 함유될수록 탈수역반응으로 탈수생성물이 반응물로 역반응되어 전환율이 감소하고, 증발에너지 손실도 있어서 반응에너지 소비가 크기 때문이다. 2,3-butanediol (BDO) is classified into dry BDO and wet BDO according to the use. Dry BDO has a moisture content of 5% or less and wet BDO has a water content of 5-80%. In the dehydration reaction, dry BDO and Wet BDO with water content of 20% or less are mainly used.The more water is contained in the dehydration reaction, the more the water is dehydrated, the dehydration product is reversely reacted with the reactant, so that the conversion rate is reduced and the evaporation energy is lost. This is because the energy consumption is large.

부타디엔(Butadiene)은 합성고무의 원료로서 중요한 물질이며, 뷰타다이엔스타이렌고무(SBR)ㅇ뷰타다이엔아크릴로나이트릴고무(NBR)ㅇ폴리뷰타다이엔 등의 원료가 된다. 또 클로로프렌ㅇ아디포나이트릴ㅇ말레산무수물 등의 원료로도 사용된다.Butadiene is an important material as a raw material for synthetic rubber, and it becomes a raw material for butadiene styrene rubber (SBR) butadiene acrylonitrile rubber (NBR) polybutadiene. It is also used as a raw material for chloroprene adiponitryl maleic anhydride.

부탄디올의 탈수반응으로 부타디엔을 제조하는 방법이 미국특허 제 2,444,538호에 제시되었다. 부탄디올로서는 1,3-부탄디올을 사용하였고, 촉매로서는 인산나트륨-인산칼슘-인산부틸아민 혼합물촉매를 사용하여, 반응온도 250~300℃ 상압에서 80%의 1,3-부탄디올 수용액을 공간속도(LHSV, Liquid Hour Space Velocity) 0.28로 공급하여 반응한 결과, 반응시간 20시간에서 순도 97%인 부타디엔의 수율은 77%이었고, 42시간이 경과시 수율은 61%로 감소하였다.A method for preparing butadiene by dehydration of butanediol is disclosed in US Pat. No. 2,444,538. As butanediol, 1,3-butanediol was used, and as a catalyst, a mixture of sodium phosphate-calcium phosphate-butyl phosphate mixture catalyst was used, and 80% of 1,3-butanediol aqueous solution was reacted at a reaction temperature of 250 to 300 ° C at atmospheric pressure (LHSV). , Liquid Hour Space Velocity) was supplied as 0.28, the yield of butadiene with a purity of 97% was 77% at the reaction time 20 hours, the yield was reduced to 61% after 42 hours.

2,3-부탄디올의 탈수반응으로 부타디엔을 제조하는 방법이 미국특허 제 2,527,120호에 제시되었다. 촉매로서는 카오린, 실리카겔 및 활성탄소등을 촉매로 사용하며, 반응온도 500~580℃, 상압에서 50%의 1,3-부탄디올-초산무수물 용액을 공급하여 반응하여 부타디엔을 합성하였다. 그러나 반응수율과 반응시간에 대해서는 상세한 반응결과를 제시하지 않았다.A method for preparing butadiene by dehydration of 2,3-butanediol is disclosed in US Pat. No. 2,527,120. As a catalyst, kaolin, silica gel, activated carbon, and the like were used as catalysts, and a butadiene was synthesized by supplying a 50% 1,3-butanediol-acetic anhydride solution at a reaction temperature of 500 to 580 ° C and atmospheric pressure. However, the reaction yield and reaction time were not presented in detail.

상술한 바와 같이, 부탄디올의 탈수 반응을 통해 부타디엔을 상용 생산하기 위해서는 장시간의 연속적 반응에서도 우수한 활성을 유지하며 높은 선택성으로 부타디엔을 제조하는 방법의 개발이 요구되고 있다. As described above, in order to commercially produce butadiene through the dehydration reaction of butanediol, development of a method for producing butadiene with high selectivity while maintaining excellent activity even in a long continuous reaction is required.

본 발명은 2,3-부탄디올의 탈수 반응에 의해 1,3-부타디엔을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 상세하게, 극히 우수한 1,3-부타디엔의 선택성을 가지며, 저온 반응이 가능하며, 매우 높은 활성을 유지하여 우수한 전환율 및 수율을 가지며, 장기간의 탈수반응에서도 안정성이 극히 우수하여 상용생산 가능한 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a method for producing 1,3-butadiene by dehydration of 2,3-butanediol, and in detail, has a very good selectivity of 1,3-butadiene, enables low-temperature reaction, very high It provides an excellent conversion and yield by maintaining the activity, and excellent stability even in long-term dehydration reaction to provide a production method capable of commercial production.

또한, 본 발명은 2,3-부탄디올의 탈수 반응에 의해 1,3-부타디엔 을 제조하는 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 것이며, 저온에서 2-3-부탄디올의 탈수반응이 발생하며, 제조가 용이하고, 반응 안정성이 우수하며, 매우 높은 활성과 높은 선택성을 가지며, 촉매 수명이 연장된 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
In addition, the present invention provides a catalyst for producing 1,3-butadiene by the dehydration reaction of 2,3-butanediol and a method for producing the same, and dehydration of 2-3-butanediol occurs at low temperature, and is easy to manufacture. In addition, the present invention provides a catalyst having excellent reaction stability, very high activity and high selectivity, and extended catalyst life, and a method of preparing the same.

이하 본 발명의 1,3-부타디엔의 제조방법, 상기 방법에 사용되는 촉매 및 상기 촉매의 제조방법을 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, a method for preparing 1,3-butadiene of the present invention, a catalyst used in the method, and a method for preparing the catalyst will be described in detail. Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

본 출원인은 2,3-부탄디올(2,3-butanediol)로부터 1,3-부타디엔(1,3-Butadiene)을 제조하기 위해 다양한 촉매를 이용하여 실험을 수행한 결과, 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매를 사용하는 경우, 낮은 반응 온도로 효과적인 탈수 반응이 수행되며, 탈수 반응의 활성, 1,3-부타디엔의 선택성 및 반응안정성이 크게 증대되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Applicant conducted experiments using various catalysts to prepare 1,3-butadiene from 2,3-butanediol, and as a result, hydroxyapatite-alumina catalyst was used. When used, it was confirmed that an effective dehydration reaction is carried out at a low reaction temperature, the activity of the dehydration reaction, the selectivity of 1,3-butadiene and the reaction stability are greatly increased, thereby completing the present invention.

또한, 본 출원인은 인산전구체, 칼슘전구체 및 알루미나 전구체를 이용한 하이드록시아파타이트-알루미나의 합성 시, 전구체의 종류, 침전액 pH, 교반 조건, 열처리 온도 등을 자세하게 검토한 결과, 특정의 조건과 방법으로 합성된 하이드록시아파타이트-알루미나가 탈수반응의 활성과 선택성 및 반응안정성을 보다 증가시키는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. In addition, the Applicant has studied in detail the kind of precursor, precipitate pH, stirring condition, heat treatment temperature, etc. in the synthesis of hydroxyapatite-alumina using a phosphate precursor, a calcium precursor and an alumina precursor. It was confirmed that the synthesized hydroxyapatite-alumina further increased the activity, selectivity, and reaction stability of the dehydration reaction, thereby completing the present invention.

이하, 본 발명에 따른 1,3-부타디엔의 제조방법을 상술한다.Hereinafter, the method for producing 1,3-butadiene according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 제조방법은 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매의 존재 하에 2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 특징이 있다.The preparation method according to the invention is characterized in that 1,3-butadiene is prepared from 2,3-butanediol in the presence of a hydroxyapatite-alumina catalyst.

상기 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매는 하이드록시아파타이트를 60 내지 95중량% 및 알루미나를 5 내지 40중량% 함유하는 특징이 있으며, 보다 특징적으로, 70 내지 90중량%의 하이드록시아파타이트 및 10 내지 30중량%의 알루미나를 함유하는 특징이 있다. 상기 촉매는 분말 또는 다공성 소결체 형상을 포함하며, 상기 다공성 소결체 형상은 펠렛(pellet) 형상을 포함한다. The hydroxyapatite-alumina catalyst is characterized by containing 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina, more specifically, 70 to 90% by weight of hydroxyapatite and 10 to 30% by weight It is characterized by containing alumina. The catalyst includes a powder or porous sintered body shape, and the porous sintered body shape includes a pellet shape.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 하이드록시아파타이트-알루미나를 촉매로 채택함으로써, 1,3-부타디엔의 선택성이 매우 크게 증대된 특징이 있으며, 2,3-부탄디올의 탈수 반응 온도를 낮출 수 있으며, 장기간의 탈수 반응에도 촉매가 극히 높은 활성을 유지하여 장기간 연속 반응이 가능한 특징이 있으며, 장기간의 반응에도 2,3-부탄디올의 전환율이 매우 높고, 1,3-부타디엔이 높은 수율로 제조되는 특징이 있다.As described above, the production method according to the present invention is characterized in that the selectivity of 1,3-butadiene is greatly increased by adopting hydroxyapatite-alumina as a catalyst, and lowering the dehydration temperature of 2,3-butanediol. It is characterized by the fact that the catalyst maintains extremely high activity even in the long-term dehydration reaction, so that the long-term continuous reaction is possible, and the conversion rate of 2,3-butanediol is very high even in the long-term reaction, and 1,3-butadiene is manufactured in high yield. There is a characteristic to become.

본 발명에 따른 1,3-부타디엔의 제조방법은 고정식(Fixed bed) 반응기를 사용하는 연속식 반응 또는 회분식 반응일 수 있다. 고정식 반응기를 사용하는 반응방법으로는 고정식 반응기에 본 발명에 따른 촉매 펠렛(pellet)을 충진하고 반응물인 2,3-부탄다이올을 연속적으로 반응기에 공급하여 반응시킴으로 생성물을 연속적으로 제조한다. 이때, 고정식 반응기 내 상기 촉매의 충진율은 30내지 70 부피%인 것이 바람직하다. 연속 회분식 반응일 경우에는 촉매를 반응물의 1 내지 10중량% 사용하는 것이 바람직하다.The method for producing 1,3-butadiene according to the present invention may be a continuous reaction or a batch reaction using a fixed bed reactor. As a reaction method using a fixed reactor, a catalyst pellet (pellet) according to the present invention is charged to a fixed reactor and the reactant 2,3-butanediol is continuously supplied to the reactor to produce a product. At this time, the filling rate of the catalyst in the fixed reactor is preferably 30 to 70% by volume. In the case of a continuous batch reaction, it is preferable to use 1 to 10% by weight of the catalyst.

상기 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매의 안정성이 매우 우수하고, 저온 반응 가능하며, 높은 활성이 장기간 동안 유지됨에 따라, 본 발명의 제조방법은 2,3-부탄디올을 연속적으로 탈수 반응하여 1,3-부타디엔을 연속적으로 제조하는 연속식 반응인 것이 바람직하다.As the stability of the hydroxyapatite-alumina catalyst is very good, low temperature reaction is possible, and high activity is maintained for a long time, the production method of the present invention is continuously dehydrated 2,3-butanediol to 1,3-butadiene It is preferable that it is a continuous reaction which produces continuously.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법은 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매의 존재 하에 2,3-부탄디올을 탈수반응하여 1,3-부타디엔을 제조하는 특징이 있으며, 상기 탈수 반응은 320 내지 430℃의 반응온도, 1 내지 6 atm의 반응압력 및 0.3 내지 1.5 h-1의 2,3-부탄디올 액상공간속도(LHSV)의 조건에서 수행되는 특징이 있다. As described above, the production method of the present invention is characterized in that 1,3-butadiene is prepared by dehydrating 2,3-butanediol in the presence of a hydroxyapatite-alumina catalyst, and the dehydration reaction is performed at 320 to 430 ° C. The reaction temperature, the reaction pressure of 1 to 6 atm and 2,3-butanediol liquid phase space velocity (LHSV) of 0.3 to 1.5 h -1 is characterized.

상기 반응온도, 반응압력 및 액상공간속도는상기 1,3-부타디엔을 45 몰% 이상의 선택도로 제조할 수 있는 조건으로, 반응온도가 430℃를 초과하거나, 반응압력이 1 atm 미만, 반응물의 공급속도가 0.3hr-1 미만이면 촉매의 활성이 과도하게 증가되어 수소화 분해 부반응이 진행되고 이에 선택성이 감소한다. 그리고 반응온도가 320℃ 미만이거나, 반응압력이 6atm 이상, 2,3-부탄디올의 공급속도가 1.5hr-1 를 초과하면, 전환율이 낮아져서 다른 반응조건을 가혹하게 높여야 하고 생성물의 분리 회수단계에서 비용이 증가하게 된다. The reaction temperature, the reaction pressure and the liquid phase space velocity are conditions for producing the 1,3-butadiene with a selectivity of 45 mol% or more. The reaction temperature is higher than 430 ° C, or the reaction pressure is lower than 1 atm, and the supply of the reactant If the rate is less than 0.3 hr −1, the activity of the catalyst is excessively increased so that hydrocracking side reactions proceed and the selectivity decreases. And if the reaction temperature is less than 320 ℃, or if the reaction pressure is more than 6atm, the feed rate of 2,3-butanediol exceeds 1.5hr -1 , the conversion rate is lowered, the other reaction conditions must be severely increased and the cost in the separation and recovery stage of the product Will increase.

이하, 본 발명에 따른 1,3-부타디엔 제조용 촉매 및 이의 제조방법에 대해 상술한다.Hereinafter, a catalyst for producing 1,3-butadiene and a method for preparing the same according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 촉매는 2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔 을 제조하는 촉매인 특징이 있으며, 상기 촉매는 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매인 특징이 있다. 상세하게, 상기 촉매는 2,3-부탄디올을 연속적으로 탈수 반응시켜 1,3-부타디엔을 연속적으로 제조하는 촉매인 특징이 있다.The catalyst according to the present invention is characterized in that it is a catalyst for preparing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol, and the catalyst is a hydroxyapatite-alumina catalyst. Specifically, the catalyst is characterized in that the catalyst for continuously producing 1,3-butadiene by continuously dehydrating 2,3-butanediol.

본 발명에 따른 하이드록시아파타이트-알루미나 촉매는 하이드록시아파타이트를 60 내지 95중량% 및 알루미나를 5 내지 40중량% 함유하는 특징이 있으며, 보다 특징적으로, 70 내지 90중량%의 하이드록시아파타이트 및 10 내지 30중량%의 알루미나를 함유하는 특징이 있다.The hydroxyapatite-alumina catalyst according to the present invention is characterized by containing 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina, and more particularly, 70 to 90% by weight of hydroxyapatite and 10 to It is characterized by containing 30% by weight of alumina.

하이드록시아파타이트가 60중량% 미만이고, 알루미나가 40중량%를 초과하는 경우, 고활성 성분인 알루미나의 함량이 많아서 전환율이 높아지고, 저온에서 안정적인 반응을 수행할 수 있지만, 고선택성 성분인 하이드록시아파타이트의 함량이 작아서 1분자 물의 탈수화합물인 2-부탄온의 선택성은 조금 증가하지만, 2분자 물의 탈수화합물인 1,3-부타디엔의 선택성은 크게 감소하므로 1,3-부타디엔의 수율은 크게 감소된다. 또한 하이드록시아파타이트가 95중량%를 초과하고, 알루미나가 5중량% 미만인 경우, 고활성 성분인 알루미나의 함량이 적어서 1,3-부타디엔과 2-부탄온의 통합 선택성은 높지만, 고수율을 얻기 위해서 반응온도를 높여야하고, 1,3-부타디엔의 선택성 개선효과가 없다.When the hydroxyapatite is less than 60% by weight and the alumina is more than 40% by weight, the content of alumina, which is a highly active ingredient, is high, so that the conversion is high and a stable reaction can be performed at a low temperature. Although the selectivity of 2-butanone, which is a dehydration compound of one-molecule water, is slightly increased due to the small content of, the selectivity of 1,3-butadiene, which is a dehydration compound of two-molecule water, is greatly reduced, so the yield of 1,3-butadiene is greatly reduced. In addition, when the hydroxyapatite is more than 95% by weight and the alumina is less than 5% by weight, the content of alumina, which is a highly active ingredient, is low, so that the integrated selectivity of 1,3-butadiene and 2-butanone is high, but in order to obtain a high yield. The reaction temperature must be increased and there is no effect of improving the selectivity of 1,3-butadiene.

상기 촉매는 하이드록시아파타이트를 60 내지 95중량% 및 알루미나를 5 내지 40중량% 함유함으로써, 100시간의 연속적 탈수반응에서도 95몰%이상의 전환율을 가지며, 70 몰%이상의 1,3-부타디엔의 수율(1,3-부타디엔의 수율 및 2-부탄온 수율의 합)과 45 몰% 이상의 1,3-부타디엔 선택도를 갖는 촉매인 특징이 있다.Since the catalyst contains 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina, the catalyst has a conversion ratio of 95 mol% or more even in 100 hours of continuous dehydration reaction, and yields of 1,3-butadiene of 70 mol% or more ( A catalyst having a 1,3-butadiene yield and 2-butanone yield) and a 1,3-butadiene selectivity of 45 mol% or more.

본 발명에 따른 2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 촉매의 제조방법은 (a) 인산을 함유하는 수용액에 알칼리염을 혼합하여 인산염 수용액을 제조하는 단계; (b) 상기 인산염 수용액에 칼슘전구체 수용액을 혼합, 교반하여 인산칼슘염을 제조하는 단계; (c) 상기 인산칼슘염 수용액에 알루미나 전구체를 혼합, 교반하여 인산칼슘염-알루미나를 제조하는 단계; 및 (d) 제조된 인산칼슘염-알루미나를 300 내지 700℃로 열처리 하여 하이드록시아파타이트(Ca5(PO4)3(OH))-알루미나 촉매를 제조하는 단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있다.The method for preparing a catalyst for producing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol according to the present invention comprises the steps of: (a) preparing an aqueous solution of phosphate by mixing an alkali salt with an aqueous solution containing phosphoric acid; (b) preparing a calcium phosphate salt by mixing and stirring the aqueous solution of calcium precursor to the aqueous solution of phosphate; (c) mixing and stirring an alumina precursor in the aqueous solution of calcium phosphate to prepare calcium phosphate salt-alumina; And (d) preparing a hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH))-alumina catalyst by heat-treating the prepared calcium phosphate salt-alumina at 300 to 700 ° C .; .

상기 (a) 단계의 인산은 오르토인산(H3PO4), 피로인산(H4P2O7), 트리폴리인산(H5P3O10) 및 테트라폴리인산(H6P4O13)에서 하나 이상 선택된 특징이 있으며, 상기 알칼리염은 가성소다(수산화나트륨, NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화리튬(LiOH)이 바람직하며, 이들 중 가성소다(NaOH) 경우가 가장 바람직하게 사용된다.The phosphoric acid of step (a) is orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), pyrophosphoric acid (H 4 P 2 O 7 ), tripolyphosphoric acid (H 5 P 3 O 10 ) and tetrapolyphosphoric acid (H 6 P 4 O 13 ) In the at least one selected feature, the alkali salt is preferably caustic soda (sodium hydroxide, NaOH), potassium hydroxide (KOH) and lithium hydroxide (LiOH), of which caustic soda (NaOH) is most preferably used. .

상기 (a) 단계에서 상기 알칼리염은 상기 인산염 수용액의 pH가 10.0 내지 12.0이 되도록 첨가되며, 이에 따라, 상기 인산염 수용액은 인산염이 완전히 용해되며 안정하도록 pH가 10.0 내지 12.0인 특징이 있다. In the step (a), the alkali salt is added so that the pH of the aqueous solution of phosphate is 10.0 to 12.0. Accordingly, the aqueous solution of phosphate is characterized in that the pH is 10.0 to 12.0 so that the phosphate is completely dissolved and stable.

상기 알칼리염의 혼합은 알칼리염을 함유하는 수용액(알칼리염 수용액)의 점적에 의해 수행되는 것이 바람직하며, 상기 알칼리염 수용액의 점적은 20분 내지 2시간에 걸쳐 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 알칼리염 수용액과 인산 수용액과의 혼합시 교반이 수행될 수 있음은 물론이다. The mixing of the alkali salts is preferably carried out by dropping an aqueous solution containing an alkali salt (alkali salt aqueous solution), and the dropping of the aqueous alkali salt solution is preferably performed over 20 minutes to 2 hours. At this time, the mixing may be performed when the alkali salt solution and the phosphoric acid solution is mixed.

상기 (b) 단계의 칼슘전구체는 염화칼슘, 질산칼슘, 황산칼슘 및 초산칼슘에서 하나 이상 선택된 물질이 바람하며, 상기 (b) 단계의 인산염 수용액의 인산 농도는 0.1 내지 0.4노르말이며, 칼슘 전구체 수용액의 칼슘 농도는 1.0 내지 4.0노르말이며, 상기 칼슘 전구체 수용액은 인 : 칼슘의 몰비가 1: 0.7 내지 1.5가 되도록 상기 인산염 수용액에 혼합되는 특징이 있다.The calcium precursor of step (b) is one or more materials selected from calcium chloride, calcium nitrate, calcium sulfate and calcium acetate, the phosphoric acid concentration of the aqueous solution of phosphate of step (b) is 0.1 to 0.4 normal, the calcium precursor aqueous solution of The calcium concentration is 1.0 to 4.0 normal, and the calcium precursor aqueous solution is characterized in that it is mixed with the aqueous phosphate solution so that the molar ratio of phosphorus: calcium is 1: 0.7 to 1.5.

상기 (b) 단계의 혼합시, 상기 칼슘 전구체 수용액은 상기 인산염 수용액에 3 내지 10 ml/min의 속도로 점적되는 특징이 있다. 상기 칼슘 전구체 수용액을 3 내지 10ml/min의 속도로 점적함으로써, 원치 않는 이상의 생성을 방지 할 수 있으며, 상기 (d) 단계의 열처리시 매우 큰 비표면적을 가지며, 장기간 동안 우수한 활성이 유지되는 하이드록시아파타이트(Ca5(PO4)3(OH)) 촉매가 제조된다.In the mixing of the step (b), the calcium precursor aqueous solution is characterized in that the phosphate solution is dripping at a rate of 3 to 10 ml / min. By dropping the aqueous solution of calcium precursor at a rate of 3 to 10ml / min, it is possible to prevent the formation of unwanted abnormalities, having a very large specific surface area during the heat treatment of step (d), hydroxy that maintains excellent activity for a long time Apatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)) catalysts are prepared.

상기 (b) 단계의 교반은 60 내지 90℃에서 수행되는 특징이 있다. 60℃ 이하에서 교반을 하면 인산칼슘염의 결합이 충분하지 않아서 하이드록시아파타이트의 균일한 분산성과 입자의 생성이 낮으므로 활성이 감소되고, 90℃ 이상에서 가열을 하면 하이드록시아파타이트가 인산나트륨(Tri-Sodium Phosphate, Na3PO4) 과 인산나트륨칼슘(CaNa2(P2O7)) 등으로 전환되는 인산칼슘염의 부산물을 생성하게 되어 활성의 감소와 선택성 감소가 발생하는 위험이 있다.The stirring of the step (b) is characterized in that it is carried out at 60 to 90 ℃. When the mixture is stirred at 60 ° C. or less, the calcium phosphate salts are not sufficiently bonded. The uniform dispersion of hydroxyapatite and the formation of particles are low. Therefore, the activity is decreased. When heated at 90 ° C. or more, the hydroxyapatite is sodium phosphate (Tri- Sodium Phosphate, Na 3 PO 4 ) and sodium phosphate (CaNa 2 (P 2 O 7 )) to produce by-products of calcium phosphate salts, there is a risk of reduced activity and reduced selectivity.

상기 (c) 단계에서 사용되는 알루미나 전구체는 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 감마-알루미나(γ-Al2O3), 또는 이들의 혼합물이 바람직하며, 그 중에서도 1,3-부타디엔의 높은 선택성 측면에서 보헤마이트가 가장 바람직하게 사용된다.The alumina precursor used in the step (c) is preferably boehmite (γ-AlO (OH), gamma-alumina (γ-Al 2 O 3 ), or a mixture thereof, among which 1,3-butadiene Boehmite is most preferably used in view of its high selectivity.

상기 (c) 단계는 촉매가 하이드록시아파타이트를 60 내지 95중량%로 알루미나를 5 내지 40중량%로 함유하도록 상기 인산칼슘염 수용액과 알루미나 전구체를 혼합하며, 바람직하게 하이드록시아파타이트를 70 내지 90중량%로 알루미나를 10 내지 30중량%로 함유하도록 상기 인산칼슘염 수용액과 알루미나 전구체를 혼합한다.In the step (c), the catalyst is mixed with the aqueous solution of calcium phosphate salt and the alumina precursor such that the catalyst contains 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina, preferably 70 to 90% by weight of hydroxyapatite. The calcium phosphate salt aqueous solution and the alumina precursor are mixed so as to contain 10 to 30% by weight of alumina.

상기 (d) 단계의 열처리는 공기 중에서 300 내지 700℃로 수행되는 특징이 있으며, 바람직하게는 400 내지 600℃로 3 내지 10시간 열처리한다. 열처리 온도가 700℃를 초과하는 경우 하이드록시아파타이트 입자가 치밀화되어 촉매활성이 떨어지고, 열처리 온도가 300℃ 미만인 경우 하이드록시아파타이트 입자가 불완전하게 생성되어 전환율이 떨어진다.The heat treatment of step (d) is characterized in that it is carried out at 300 to 700 ℃ in air, preferably 400 to 600 ℃ heat treatment for 3 to 10 hours. When the heat treatment temperature exceeds 700 ° C., the hydroxyapatite particles are densified and the catalytic activity decreases. When the heat treatment temperature is less than 300 ° C., the hydroxyapatite particles are incompletely generated and the conversion rate is lowered.

상기 제조방법은 (c) 단계 후 및 (d) 단계 전, (c2)단계 제조된 인산칼슘염-알루미나를 회수 건조하고 5 내지 100㎛ 크기로 분쇄하는 단계; 및 (c3)단계 분쇄된 인산칼슘염-알루미나 분말을 펠렛(pellet)으로 성형하는 단계;를 더 포함하여 수행될 수 있다.The manufacturing method comprises the steps of recovering and drying the calcium phosphate salt-alumina prepared after step (c) and before step (d), step (c2), and milled to a size of 5 to 100㎛; And (c3) molding the pulverized calcium phosphate salt-alumina powder into pellets.

상기 (b) 단계에 의해 인산칼슘염의 슬러리가 제조되는데, 상기 인산칼슘염의 회수는 상기 슬러리의 여과에 의해 수행될 수 있으며, 여과에 의해 얻어진 인산칼슘염을 증류수와 혼합한 후 여과하는 세척 단계가 더 수행되는 것이 바람직하다.The slurry of calcium phosphate salt is prepared by the step (b), and the recovery of the calcium phosphate salt may be performed by filtration of the slurry, and the washing step of filtering the calcium phosphate salt obtained by filtration with distilled water and then filtering It is preferable to carry out more.

상기 (c) 단계에서 여과에 의해 얻어진 인산칼슘염-알루미나 케익은 80 내지 120℃에서 5내지 30시간 건조되는 것이 바람직하며, 건조된 케익은 분쇄기를 이용하여 5에서 100㎛ 크기의 분말로 분쇄되는 것이 바람직하다. 이때, 분무 건조기(Spray dryer)를 이용하여 상기 인산칼슘염-알루미나 수용액을 5 내지 100㎛ 크기의 분말 입자로 분무 건조할 수 있음은 물론이다. The calcium phosphate salt-alumina cake obtained by filtration in step (c) is preferably dried at 80 to 120 ° C. for 5 to 30 hours, and the dried cake is pulverized into powder of 5 to 100 μm size using a grinder. It is preferable. In this case, it is a matter of course that the calcium phosphate salt-alumina aqueous solution may be spray-dried to powder particles having a size of 5 to 100 μm using a spray dryer.

이어, 분쇄된 분말을 타정기(Tabletter)에서 펠렛으로 성형한다. 이때, 상기 분말에 윤활제와 기공조절제로 사용되는 흑연(Graphite)을 0.5 내지 5중량% 혼합하여 펠렛으로 성형할 수도 있다. 이후, 상술한 (d) 단계의 열처리에 의해 펠렛형 촉매가 제조된다. Then, the pulverized powder is molded into pellets in a tablet machine. In this case, 0.5 to 5% by weight of the graphite (Graphite) used as a lubricant and pore control agent to the powder may be mixed into a pellet. Thereafter, a pellet catalyst is prepared by the heat treatment in step (d).

상기 펠렛 형상의 촉매는 연속식 반응으로 1,3-부타디엔의 제조시 바람직한 것이며, 회분식(Batch) 반응으로 1,3-부타디엔을 제조하는 경우, 상기 (c3) 단계를 거치지 않고 (c2) 단계의 분쇄된 분말을 열처리 하여 얻어진 분말 형상의 촉매를 사용할 수 있다.
The pellet catalyst is preferable for the production of 1,3-butadiene in a continuous reaction, and in the case of producing 1,3-butadiene in a batch reaction, the step (c2) is performed without the step (c3). A powder catalyst obtained by heat treatment of the pulverized powder can be used.

본 발명에 따른 1,3-부타디엔의 제조방법은 2,3-부탄디올의 탈수반응에 의해 1,3-부타디엔을 고선택적으로 제조할 수 있는 장점이 있으며, 저온에서 장기간 안정적으로 1,3-부타디엔을 제조할 수 있는 장점이 있다. The method for preparing 1,3-butadiene according to the present invention has the advantage of producing highly selective 1,3-butadiene by dehydration of 2,3-butanediol, and stably 1,3-butadiene at a low temperature for a long time. There is an advantage to manufacture.

본 발명에 따른 1,3-부타디엔 제조용 촉매는 낮은 반응온도에서도 고활성을 가지며, 2,3-부탄디올에 대해 고선택성의 탈수 촉매인 장점이 있으며, 반응 안정성이 우수하여 장기반응에서도 높은 활성이 유지되는 장점이 있으며, 연장된 수명을 갖는 장점이 있다. The catalyst for preparing 1,3-butadiene according to the present invention has a high activity even at a low reaction temperature, and has the advantage of being a highly selective dehydration catalyst for 2,3-butanediol, and has excellent reaction stability to maintain high activity even in long-term reactions. It has the advantage of having an extended life.

본 발명에 따른 1,3-부타디엔 제조용 촉매의 제조방법은 제조가 용이하고, 반응 안정성이 우수하며, 매우 높은 활성과 높은 선택성을 가지며, 수명이 연장된 촉매가 제조되는 장점이 있다.
The production method of the catalyst for preparing 1,3-butadiene according to the present invention has the advantage of being easy to prepare, excellent in reaction stability, very high activity and high selectivity, and a catalyst having an extended life.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 촉매에 대한 X-선 회절 분석 결과를 도시한 것이다. 1 shows the results of X-ray diffraction analysis for the catalyst prepared in Example 1 of the present invention.

아래의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 특허 청구 범위가 이에 따라 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in detail through the following examples. However, the following examples are merely examples of the present invention, and the claims of the present invention are not limited thereto.

(실시예 1)(Example 1)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 =80/20 중량%) 촉매 제조80/20 wt%) catalyst preparation

50중량%의 테트라폴리인산(H6P4O13) 수용액 67.58g을 탈이온수에 녹여 500ml의 인산 수용액을 제조하였다. 가성소다(NaOH) 36.0g을 상기 인산 수용액에 30분간 가하고 교반하여 인산나트륨 수용액(pH 11.1)을 제조하였다. 염화칼슘(CaCl2ㅇ2H2O) 48.52g을 탈이온수에 녹여 200ml의 칼슘전구체 수용액을 제조하고 상기 인산나트륨 수용액에 칼슘전구체 수용액을 실온에서 7ml/min 속력으로 30분간 첨가하고, 80℃에서 2시간 교반하여 인산칼슘 슬러리를 생성하였다(pH 5.7). 교반 완료 후, 슬러리용액을 여과하고, 탈이온수 600ml를 가하여 분산, 20분간 교반하고 여과하여 인산칼슘 케익을 얻었다.67.58 g of 50 wt% tetrapolyphosphoric acid (H 6 P 4 O 13 ) aqueous solution was dissolved in deionized water to prepare an aqueous 500 ml phosphoric acid solution. 36.0 g of caustic soda (NaOH) was added to the aqueous solution of phosphoric acid for 30 minutes and stirred to prepare an aqueous solution of sodium phosphate (pH 11.1). 48.52 g of calcium chloride (CaCl 2 O 2 H 2 O) was dissolved in deionized water to prepare a 200 ml aqueous solution of calcium precursor, and an aqueous solution of calcium precursor was added to the aqueous solution of sodium phosphate at a rate of 7 ml / min at room temperature for 30 minutes and at 80 ° C. for 2 hours. Stirring produced a calcium phosphate slurry (pH 5.7). After stirring was complete, the slurry solution was filtered, 600 ml of deionized water was added, dispersed, stirred for 20 minutes, and filtered to obtain a calcium phosphate cake.

상기의 인산칼슘 케익을 탈이온수 200ml에 가하여 교반하면서, 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 일본촉매화성사 Cataloide AP5) 9.75g을 가하여 실온에서 2시간 교반하고 여과하였다. 여과된 인산칼슘-알루미나 케익을 80℃에서 6시간이상 건조하였다. 건조물을 20-40메쉬 크기로 분쇄하고, 500℃에서 6시간 동안 공기 중에 소성하여, 80 중량%의 하이드록시아파타이트 및 20 중량%의 알루미나를 함유하는 촉매를 제조하였다. 공기 중에서 소성된 촉매를 XRD로 분석한 결과, 도 1과 같이 하이드록시아파타이트(Ca5(PO4)3OH)와 알루미나(Al2O3) 구조를 확인할 수 있었다. The calcium phosphate cake was added to 200 ml of deionized water, and while stirring, 9.75 g of boehmite (γ-AlO (OH), Nippon Catalytic Co., Ltd.) was added, stirred at room temperature for 2 hours, and filtered. The filtered calcium phosphate-alumina cake was dried at 80 ° C. for at least 6 hours. The dried product was ground to a size of 20-40 mesh and calcined in air at 500 ° C. for 6 hours to prepare a catalyst containing 80 wt% of hydroxyapatite and 20 wt% of alumina. The calcined catalyst in air was analyzed by XRD, and as shown in FIG. 1, hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) and alumina (Al 2 O 3 ) structures were confirmed.

1,3-부타디엔의 제조Preparation of 1,3-butadiene

내경이 6mm인 파이렉스 스테인레스 관형반응기에 실시예1에서 제조한 촉매 6ml(4.32g)를 충진하고, 반응온도 360℃, 압력 2기압에서 2,3-부탄디올을 액상공간속도(LHSV, Liquid Hour Space Velocity) 0.50hr-1(유량 3ml/hr)로 공급하여 탈수반응 시켰다. 생성물을 얼음물 냉각 포집기를 이용하여 액상시료로 회수하였고, 액체로 응축되지 않는 가스는 별도로 가스시료를 가스포집 주사기로 샘플링하여 DB-WAX컬럼을 장착한 GC(Gas Chromatography, 가스 크로마토그래피)로 정량분석을 하였다. 분석결과 반응 생성물로는 1,3-부타디엔과 2-부탄온이 주된 생성물이며, 그 외에 2,3-디메틸옥시란, 아세토인, 1-부텐-3-올 등이 일부 생성되었다. 하기의 표 1의 결과는 반응 100시간에서의 반응 결과를 정리한 것으로, mol%로 표시하였다.
6 ml (4.32 g) of the catalyst prepared in Example 1 was charged into a Pyrex stainless tubular reactor having an internal diameter of 6 mm, and 2,3-butanediol was reacted at a reaction temperature of 360 ° C. and 2 atm pressure of liquid hour space velocity (LHSV). ) It was supplied to 0.50hr -1 (flow rate 3ml / hr) and dehydrated. The product was recovered as a liquid sample using an ice-cold collector, and the gas that did not condense into liquid was quantitatively analyzed by gas chromatography (GC) equipped with a DB-WAX column by sampling the gas sample with a gas collection syringe. Was done. As a result of analysis, 1,3-butadiene and 2-butanone were the main products, and in addition, 2,3-dimethyloxirane, acetoin, 1-butene-3-ol and the like were produced. The results in Table 1 below summarize the reaction results in 100 hours of reaction, and are expressed in mol%.

(실시예 2)(Example 2)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 =80/20 중량%) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조= 80/20 wt%) Preparation of catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

실시예 1에서 촉매 제조방법과 동일하게 수행하되, 알루미나 전구체로서 감마-알루미나(Strem 사) 8.29g를 사용한 것으로 제외하고 실시예 1과 동일하게 합성하였고, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표1에 정리하였다.
Example 1 was carried out in the same manner as in the catalyst preparation, except that 8.29 g of gamma-alumina (Strem) as alumina precursor was synthesized in the same manner as in Example 1, using the prepared catalyst was the same as in Example 1 1,3-butadiene was prepared by the method, and the results at 100 hours of the reaction are summarized in Table 1 below.

(실시예 3) (Example 3)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 ) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조) Preparation of Catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

하이드록시아파타이트 92 중량% 및 알루미나 8 중량%가 되도록 하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매를 제조하되, 실시예1에서와 동일한 방법으로 하며, 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 일본촉매화성사 Cataloide AP5) 3.39g을 사용하여 하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표1에 정리하였다.
A hydroxyapatite-alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst was prepared to be 92% by weight of hydroxyapatite and 8% by weight of alumina, using the same method as in Example 1, A hydroxyapatite-alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst was prepared using 3.39 g of Boehemite (γ-AlO (OH), Cataloide AP5, Japan). , 1,3-butadiene was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst, the results of the reaction 100 hours are summarized in Table 1 below.

(실시예 4) (Example 4)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 ) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조) Preparation of Catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매를 제조하되, 하이드록시아파타이트 65 중량% 및 알루미나 35 중량%가 되도록 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 일본촉매화성사 Cataloide AP5) 21.00g을 사용한 것을 제외하고 실시예1에서와 동일한 방법으로 하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표1에 정리하였다.
Prepare a hydroxyapatite-alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst, but boehmite (γ-AlO (OH) to 65% by weight of hydroxyapatite and 35% by weight of alumina Hydroxyapatite-alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 21.00 g of Cataloide AP5) was used. , 1,3-butadiene was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst, the results of the reaction 100 hours are summarized in Table 1 below.

(표 1)(Table 1)

Figure pat00001

Figure pat00001

(비교예 1)(Comparative Example 1)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 =80/20 중량%) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조= 80/20 wt%) Preparation of catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

실시예 1에서 촉매 제조방법과 동일하게 수행하되, 알루미나 전구체로서 수산화알루미늄(Al(OH)3, Gibbsite, 삼전순약사) 12.68g을 사용한 것으로 제외하고 실시예 1과 동일하게 합성하였고, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표2에 정리하였다. 이때, 하기의 표 2에서 %는 mol%를 의미한다.
The catalyst was synthesized in the same manner as in Example 1, except that 12.68 g of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 , Gibbsite, Samjeon Pure Chemical Co., Ltd.) was used as the alumina precursor. 1,3-butadiene was prepared in the same manner as in Example 1, and the results at 100 hours of the reaction are summarized in Table 2 below. In this case,% in Table 2 means mol%.

(비교예 2) (Comparative Example 2)

하이드록시아파타이트(CaHydroxyapatite (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조(OH)) Preparation of Catalyst and Preparation of 1,3-Butadiene

실시예 1에서 촉매 제조방법과 동일하게 수행하되, 알루미나 전구체를 혼합하지 않고, 제조된 인산칼슘케익을 분쇄 및 열처리하여 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표2에 정리하였다.
In Example 1, the catalyst was prepared in the same manner as in the preparation of the catalyst, but without mixing the alumina precursor, the prepared calcium phosphate cake was ground and heat treated, and the catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst. 3-butadiene was prepared, and the results at 100 hours of the reaction are summarized in Table 2 below.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

알루미나(AlAlumina (Al 22 OO 33 ) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조) Preparation of Catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

탈이온수 200ml에 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 일본촉매화성사 Cataloide AP5) 30g을 가하여 실온에서 2시간 교반하고 여과하였다. 여과된 알루미나 케익을 80℃에서 6시간이상 건조하였다. 건조물을 20-40메쉬 크기로 분쇄하고, 500℃에서 6시간 동안 공기 중에 소성하여, 알루미나 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표2에 정리하였다.
To 200 ml of deionized water, 30 g of boehmite (γ-AlO (OH), Cataloide AP5 from Nippon Catalytic Co., Ltd.) was added thereto, stirred at room temperature for 2 hours, and filtered. The filtered alumina cake was dried at 80 ° C. for at least 6 hours. The dried product was ground to a size of 20-40 mesh and calcined in air at 500 ° C. for 6 hours to prepare an alumina catalyst. 1,3-butadiene was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst. The results at 100 hours of reaction were summarized in Table 2 below.

(비교예 4) (Comparative Example 4)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 ) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조) Preparation of Catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매를 제조하되, 하이드록시아파타이트 97 중량% 및 알루미나 3 중량%가 되도록 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 일본촉매화성사 Cataloide AP5) 1.21g을 사용한 것 외에는 실시예1에서와 동일한 방법으로 촉매를 합성하였고, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일하게 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표2에 정리하였다.
Prepare a hydroxyapatite-alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst, but boehmite (γ-AlO (OH) to 97% by weight of hydroxyapatite and 3% by weight of alumina ), Except that 1.21 g of Nippon Catalytic Co., Ltd. Cataloide AP5) was used, the catalyst was synthesized in the same manner as in Example 1, and 1,3-butadiene was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst. The results at 100 hours of reaction are summarized in Table 2 below.

(비교예 5) (Comparative Example 5)

하이드록시아파타이트/알루미나(CaHydroxyapatite / alumina (Ca 55 (PO(PO 44 )) 33 (OH)/Al(OH) / Al 22 OO 33 ) 촉매의 제조 및 1,3-부타디엔의 제조) Preparation of Catalyst and Preparation of 1,3-butadiene

하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매를 제조하되, 하이드록시아파타이트 55 중량% 및 알루미나 45 중량%가 되도록 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH), 일본촉매화성사 Cataloide AP5) 31.91g을 사용한 것 외에는 실시예1에서와 동일한 방법으로 촉매를 합성하였고, 제조된 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일하게 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 그 반응 100시간에서의 결과를 하기의 표2에 정리하였다.
Prepare a hydroxyapatite-alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst, but boehmite (γ-AlO (OH) to 55% by weight of hydroxyapatite and 45% by weight of alumina ), Except that 31.91 g of Cataloide AP5) was used to synthesize a catalyst in the same manner as in Example 1, and 1,3-butadiene was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared catalyst. The results at 100 hours of reaction are summarized in Table 2 below.

(표 2)(Table 2)

Figure pat00002

Figure pat00002

표 1 내지 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 하이드록시아파타이트-알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매에 비해 하이드록시아파타이트(Ca5(PO4)3(OH)) 촉매의 경우, 전환율이 매우 낮고, 1,3-부타디엔의 선택도 또한 낮았고, 알루미나(Al2O3) 촉매의 경우, 전환율은 높으나, 1,3-부타디엔의 선택도가 매우 낮았다. 또한 하이드록시아파타이트/알루미나(Ca5(PO4)3(OH)/Al2O3) 촉매에서 하이드록시아파타이트가 60 내지 95중량%, 알루미나가 5 내지 40중량%의 범위 밖의 촉매는 전환율과 1,3-부타디엔의 선택도가 낮은 것을 알 수 있다.
As it is shown in Table 1 to Table 2, the hydroxyapatite according to the invention - hydroxyapatite as compared to alumina (Ca 5 (PO 4) 3 (OH) / Al 2 O 3) catalyst (Ca 5 (PO 4) 3 In the case of (OH)) catalysts, the conversion was very low, the selectivity of 1,3-butadiene was also low, and in the case of alumina (Al 2 O 3 ) catalysts the conversion was high, but the selectivity of 1,3-butadiene was very low. . In addition, in the hydroxyapatite / alumina (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) / Al 2 O 3 ) catalyst, a catalyst outside the range of 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina is converted to 1 It can be seen that the selectivity of, 3-butadiene is low.

(실시예 5 내지 7)(Examples 5 to 7)

1,3-부타디엔의 제조Preparation of 1,3-butadiene

실시예 1의 촉매를 사용하되, 2,3-부탄디올 탈수 반응시의 반응온도, 반응압력, 반응물공간속도를 하기의 표 3의 조건으로 변화하여 실시예 1과 유사하게 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 반응 50 시간에서의 반응 결과를 하기의 표 3에 정리하였다. 이때, 하기의 표 3에서 %는 mol%를 의미한다.Using the catalyst of Example 1, 1,3-butadiene was prepared in a similar manner to Example 1 by changing the reaction temperature, reaction pressure, and reactant space velocity in the dehydration reaction of 2,3-butanediol under the conditions of Table 3 below. Reaction The reaction results at 50 hours are summarized in Table 3 below. In this case,% in Table 3 means mol%.

(표 3)(Table 3)

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 반응온도와 반응압력 및 반응물 공간속도의 범위에서 98%이상의 높은 부탄디올의 전환율과 부타디엔 및 부탄온의 선택도가 합하여 약 88 ~ 91%로 높으며, 특히 부타디엔의 선택도가 48% 이상으로 높은 것으로 나타났다.
In the range of the reaction temperature, the reaction pressure and the reactant space velocity, the high conversion rate of butanediol of 98% or more and the selectivity of butadiene and butanone are high, about 88 to 91%, and the selectivity of butadiene is higher than 48%. appear.

(비교예 6 내지 8) (Comparative Examples 6 to 8)

1,3-부타디엔의 제조Preparation of 1,3-butadiene

실시예 1의 촉매를 사용하되, 2,3-부탄디올 탈수 반응시의 반응온도, 반응압력, 반응물공간속도를 하기의 표 4의 조건으로 변화하여 실시예 1과 유사하게 1,3-부타디엔을 제조하였으며, 반응 50 시간에서의 반응 결과를 하기의 표 4에 정리하였다. 이때, 하기의 표 4에서 %는 mol%를 의미한다.The catalyst of Example 1 was used, but 1,3-butadiene was prepared in a similar manner to Example 1 by changing the reaction temperature, reaction pressure, and reactant space velocity during 2,3-butanediol dehydration under the conditions of Table 4 below. And the reaction results in the reaction 50 hours are summarized in Table 4 below. In this case,% in Table 4 means mol%.

(표 4)(Table 4)

Figure pat00004
Figure pat00004

표 4에서 알 수 있듯이, 반응온도 320 내지 430℃ 범위 밖의 반응온도에서 반응을 수행하는 경우, 전환율이 낮아지든지, 부타디엔의 선택도가 낮아지고, 반응압력 1 내지 6 atm, 범위 밖의 반응 압력에서 반응을 수행하는 경우, 부타디엔의 선택도가 낮아지는 것을 알 수 있다. As can be seen from Table 4, when the reaction is carried out at a reaction temperature outside the reaction temperature range of 320 to 430 ° C, the conversion rate is lowered, butadiene selectivity is lowered, and the reaction pressure is 1 to 6 atm, at a reaction pressure outside the range. When the reaction is carried out, it can be seen that the selectivity of butadiene is lowered.

상기 실시예 및 비교예의 결과로부터 하이드록시아파타이트/알루미나촉매의 성분이나 반응조건이 본 발명의 범위에서 벗어나는 경우에는 2,3-부탄디올을 연속적으로 탈수하여 1,3-부타디엔을 고 수율로 제조할 수 없으며, 본 발명에 따른 하이드록시아파타이트/알루미나 촉매와 반응방법으로 2,3-부탄디올을 연속적으로 탈수하여 1,3-부타디엔을 고 수율로 제조할 수 있음을 알 수 있다.When the components or reaction conditions of the hydroxyapatite / alumina catalyst are outside the scope of the present invention from the results of the above examples and comparative examples, 1,3-butadiene can be produced in high yield by continuously dehydrating 2,3-butanediol. It can be seen that the 1,3-butadiene can be produced in high yield by continuously dehydrating 2,3-butanediol by the reaction method with the hydroxyapatite / alumina catalyst according to the present invention.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (10)

하이드록시아파타이트-알루미나 촉매의 존재 하에 2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 1,3-부타디엔의 제조방법.A process for producing 1,3-butadiene, which produces 1,3-butadiene from 2,3-butanediol in the presence of a hydroxyapatite-alumina catalyst. 제 1항에 있어서,
상기 촉매는 60 내지 95 중량%의 하이드록시아파타이트 및 5 내지 40 중량%의 알루미나를 함유하는 1,3-부타디엔의 제조방법.
The method of claim 1,
The catalyst is a method for producing 1,3-butadiene containing 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 1,3-부타디엔은 상기 2,3-부탄디올의 탈수반응에 의해 제조되며, 상기 2,3-부탄디올의 탈수 반응은 320 내지 430℃의 반응온도, 1 내지 6 atm의 반응압력 및 0.3 내지 1.5 h-1의 2,3-부탄디올 액상공간속도(LHSV)의 조건에서 수행되는 1,3-부타디엔의 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The 1,3-butadiene is prepared by the dehydration reaction of the 2,3-butanediol, the dehydration reaction of the 2,3-butanediol is a reaction temperature of 320 to 430 ℃, reaction pressure of 1 to 6 atm and 0.3 to 1.5 A method for preparing 1,3-butadiene, which is carried out under the condition of 2,3-butanediol liquid space velocity (LHSV) of h -1 .
제 3항에 있어서,
100 시간의 상기 탈수반응에서, 상기 1,3-부타디엔의 선택도가 45 몰% 이상인 1,3-부타디엔의 제조방법.
The method of claim 3,
The method for producing 1,3-butadiene, wherein the selectivity of the 1,3-butadiene is 45 mol% or more in the dehydration reaction for 100 hours.
2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 촉매이며, 상기 촉매는 하이드록시아파타이트-알루미나를 함유하는 1,3-부타디엔의 제조용 촉매.A catalyst for producing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol, the catalyst for producing 1,3-butadiene containing hydroxyapatite-alumina. 제 5항에 있어서,
상기 촉매는 60 내지 95 중량%의 하이드록시아파타이트 및 5 내지 40 중량%의 알루미나를 함유하는 1,3-부타디엔의 제조용 촉매.
6. The method of claim 5,
The catalyst is a catalyst for producing 1,3-butadiene containing 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina.
2,3-부탄디올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 촉매의 제조방법으로,
(a) 인산을 함유하는 수용액에 알칼리염을 혼합하여 인산염 수용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 인산염 수용액에 칼슘전구체 수용액을 혼합, 교반하여 인산칼슘염 수용액을 제조하는 단계;
(c) 상기 인산칼슘염 수용액에 알루미나 전구체를 혼합, 교반하여 인산칼슘염-알루미나를 제조하는 단계; 및
(d) 제조된 인산칼슘염-알루미나를 300 내지 700℃로 열처리하여 하이드록시아파타이트(Ca5(PO4)3(OH))-알루미나 촉매를 제조하는 단계;
를 포함하는 1,3-부타디엔의 제조용 촉매의 제조방법.
In the method for producing a catalyst for producing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol,
(a) mixing an alkali salt with an aqueous solution containing phosphoric acid to prepare an aqueous phosphate solution;
(b) mixing and stirring an aqueous calcium precursor solution into the aqueous phosphate solution to prepare an aqueous calcium phosphate salt solution;
(c) mixing and stirring an alumina precursor in the aqueous solution of calcium phosphate to prepare calcium phosphate salt-alumina; And
(d) heat treating the prepared calcium phosphate salt-alumina at 300 to 700 ° C. to prepare a hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH))-alumina catalyst;
Method for producing a catalyst for producing 1,3-butadiene comprising a.
제 7항에 있어서,
상기 (c) 단계의 알루미나 전구체는 보헤마이트(Boehemite, γ-AlO(OH)), 감마-알루미나(γ-Al2O3), 또는 이들의 혼합물인 1,3-부타디엔의 제조용 촉매의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The alumina precursor in step (c) is boehmite (γ-AlO (OH)), gamma-alumina (γ-Al 2 O 3 ), or a mixture thereof, a method for producing a catalyst for preparing 1,3-butadiene .
제 7항에 있어서,
상기 (d)단계에서 제조된 촉매는 60 내지 95중량%의 하이드록시아파타이트 및 5 내지 40중량%의 알루미나를 함유하는 것을 특징으로 하는 1,3-부타디엔의 제조용 촉매의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The catalyst prepared in step (d) is a method for producing a catalyst for producing 1,3-butadiene, characterized in that it contains 60 to 95% by weight of hydroxyapatite and 5 to 40% by weight of alumina.
제 7항에 있어서,
상기 (d)단계에서 제조된 촉매는 70 내지 90중량%의 하이드록시아파타이트 및 10 내지 30중량%의 알루미나를 함유하는 것을 특징으로 하는 1,3-부타디엔의 제조용 촉매의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The catalyst prepared in step (d) comprises 70 to 90% by weight of hydroxyapatite and 10 to 30% by weight of alumina, the method for producing a catalyst for producing 1,3-butadiene.
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