KR20210080087A - Manufacturing method of ammoxidation catalyst for propylene, and ammoxidation methode using the same catalyst - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of an ammoxidation catalyst of propylene, and an ammoxidation method of propylene using the method, and specifically, in one embodiment of the present invention, provided is the manufacturing method of the ammoxidation catalyst of the propylene, which increases a conversion rate and selectivity by adding a certain amount of citric acid.

Description

프로필렌의 암모산화반응 촉매의 제조 방법 및 이를 이용한 프로필렌의 암모산화 방법 {MANUFACTURING METHOD OF AMMOXIDATION CATALYST FOR PROPYLENE, AND AMMOXIDATION METHODE USING THE SAME CATALYST}Method for preparing ammoxidation catalyst of propylene and method for ammoxidation of propylene using same {MANUFACTURING METHOD OF AMMOXIDATION CATALYST FOR PROPYLENE, AND AMMOXIDATION METHODE USING THE SAME CATALYST

본 발명은 프로필렌의 암모산화반응 촉매의 제조 방법 및 이를 이용한 프로필렌의 암모산화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a catalyst for ammoxidation of propylene and a method for ammoxidation of propylene using the same.

프로필렌의 암모산화 공정은, 암모니아와 프로필렌을 반응시키는 환원 반응과 산소에 의해 재산화되는 매커니즘을 기반으로 하며, 그 반응물(즉, 프로필렌)의 전환율, 반응 생성물(즉, 아크릴로니트릴)의 선택도 및 수율을 높이기 위한 다양한 조성의 촉매가 연구되어 왔다.The ammoxidation process of propylene is based on the reduction reaction of ammonia and propylene and the mechanism of reoxidation by oxygen, the conversion of the reactant (ie propylene), and the selectivity of the reaction product (ie acrylonitrile) And catalysts of various compositions to increase the yield have been studied.

구체적으로, Mo(몰리브덴)-Bi(비스무스) 산화물 촉매가 제시된 이래, 그 촉매 활성과 안정성을 높이기 위해 다양한 산화 상태를 가지는 금속이 첨가된 촉매들이 연구된 바 있다. 그 결과, 첨가된 금속 종류나 양에 따라, 아크릴로니트릴의 수율은 초기 연구 대비 향상된 편이다.Specifically, since Mo (molybdenum) -Bi (bismuth) oxide catalysts have been proposed, catalysts to which metals having various oxidation states are added have been studied in order to increase their catalytic activity and stability. As a result, depending on the type or amount of added metal, the yield of acrylonitrile is improved compared to the initial study.

다만, 최근에는 새로운 금속 성분의 추가나 조성의 변화만으로는 촉매의 성능에 급격한 향상을 기대하기 어려워, 프로필렌의 암모산화 시 반응물(즉, 프로필렌)의 전환율과 반응 생성물(즉, 아크릴로니트릴)의 선택도를 현저하게 높이는 데에는 한계가 있었다.However, in recent years, it is difficult to expect a rapid improvement in the performance of the catalyst only by adding a new metal component or changing the composition, so the conversion rate of the reactant (ie propylene) and the selectivity of the reaction product (ie acrylonitrile) during ammoxidation of propylene There was a limit to significantly increasing the

이에, 본 발명에서는 제조된 촉매가 비교적 간단한 조성을 갖더라도 반응물의 전환율 및 생성물의 선택도가 향상된 효율적인 프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법을 제공하고자 하였다.Accordingly, in the present invention, even though the prepared catalyst has a relatively simple composition, it was intended to provide an efficient method for preparing a propylene ammoxidation catalyst in which the conversion rate of reactants and selectivity of the product are improved.

본 발명은 일정 함량의 시트르산(citric acid)을 첨가하는 프로필렌의 암모산화반응 촉매의 제조 방법을 제공하여, 프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조시 촉매 원료를 균일하게 분산시켜 촉매의 활성을 증가시킴으로써, 더 높은 비율로 프로필렌을 전환시키고, 높은 선택도 및 수율로 아크릴로니트릴을 제조하기 위한 것이다.The present invention provides a method for producing a catalyst for ammoxidation of propylene by adding a certain amount of citric acid, by uniformly dispersing the catalyst raw material during the production of the catalyst for ammoxidation of propylene to increase the activity of the catalyst, It is intended to convert propylene at a high rate and to produce acrylonitrile with high selectivity and yield.

본 발명은 몰리브데넘 전구체, 코발트 전구체, 철 전구체, 비스무트 전구체, 질산칼륨 및 시트르산(citric acid)을 포함하는 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);The present invention comprises the steps of preparing a precursor solution containing a molybdenum precursor, a cobalt precursor, an iron precursor, a bismuth precursor, potassium nitrate and citric acid (step 1);

상기 단계 1에서 제조한 전구체 용액을 분무 건조하는 단계(단계 2); 및spray-drying the precursor solution prepared in step 1 (step 2); and

상기 단계 2에서 건조한 전구체 입자를 소결하는 단계(단계 3);를 포함하고,Including; sintering the dry precursor particles in step 2 (step 3);

상기 전구체 용액의 전체 금속 원자 100 몰 대비 상기 시트르산(citric acid) 9 내지 50 몰을 포함하고,Containing 9 to 50 moles of the citric acid relative to 100 moles of the total metal atoms of the precursor solution,

상기 전체 금속은 몰리브데넘, 코발트, 철, 비스무트 및 칼륨을 포함하는,wherein the total metal comprises molybdenum, cobalt, iron, bismuth and potassium;

프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법을 제공한다.A method for preparing a propylene ammoxidation catalyst is provided.

또한, 본 발명은 반응기 내에서, 상기의 제조 방법으로 제조한 촉매 존재 하에 프로필렌 및 암모니아를 반응시키는 단계를 포함하는, 프로필렌의 암모산화 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for ammoxidation of propylene, comprising the step of reacting propylene and ammonia in a reactor in the presence of the catalyst prepared by the above production method.

상술한 제조 방법은 프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 시 촉매 원료를 균일하게 분산시켜 높은 활성을 나타내어, 더 높은 비율로 프로필렌을 전환시키고, 더 높은 선택도 및 수율로 아크릴로니트릴을 제조할 수 있다.The above-described manufacturing method exhibits high activity by uniformly dispersing the catalyst raw material in the preparation of the propylene ammoxidation catalyst, converting propylene at a higher ratio, and producing acrylonitrile with higher selectivity and yield.

이하, 본 발명을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail for each step.

(단계 1)(Step 1)

본 발명의 단계 1은 금속 전구체를 혼합하는 과정 및 담체에 담지시키는 과정을 포함하여 프로필렌 암모산화반응 촉매의 전구체 용액을 제조하는 단계이다. Step 1 of the present invention is a step of preparing a precursor solution of a propylene ammoxidation catalyst, including a process of mixing a metal precursor and a process of supporting it on a carrier.

상기 전구체 용액은 금속 전구체로 몰리브데넘 전구체, 코발트 전구체, 철 전구체, 비스무트 전구체 및 질산칼륨을 포함할 수 있고, 각 전구체의 함량을 조절하여 전구체 용액의 금속 몰비를 조절할 수 있다. 또한 상기 금속의 전구체로는 특별한 제한이 없으며, 상기 금속 원소의 암모늄염, 질산염, 탄산염, 염화물, 유산염, 수산화물, 유기산염, 산화물, 또는 이들의 혼합물을 조합하여 적용될 수 있다.The precursor solution may include a molybdenum precursor, a cobalt precursor, an iron precursor, a bismuth precursor, and potassium nitrate as a metal precursor, and the metal molar ratio of the precursor solution may be adjusted by adjusting the content of each precursor. In addition, the precursor of the metal is not particularly limited, and an ammonium salt, nitrate, carbonate, chloride, lactate, hydroxide, organic acid salt, oxide, or mixture thereof of the metal element may be applied in combination.

한편, 본 발명의 일 구현예에서는 상기 전구체 용액은 시트르산(citric acid)을 포함한다. 종래에는 암모산화반응 촉매의 개발에서 금속의 종류를 변경하거나 금속의 조성을 조절하는 방법을 시도해왔으나, 촉매의 성능에서 급격한 변화를 기대하기 어려워졌다. 이에 상기 시트르산(citric acid)을 사용함으로써 촉매가 비교적 간단한 조성을 갖더라도 제조 공정에서 슬러리의 분산 안정도가 증가하여, 전환율 및 수율 면에서 효율적인 촉매를 제조할 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the precursor solution contains citric acid. Conventionally, in the development of an ammoxidation catalyst, a method of changing the type of metal or controlling the composition of the metal has been tried, but it is difficult to expect a rapid change in the performance of the catalyst. Accordingly, by using the citric acid, even if the catalyst has a relatively simple composition, dispersion stability of the slurry is increased in the manufacturing process, thereby making it possible to prepare an efficient catalyst in terms of conversion and yield.

상기 시트르산(citric acid)은 전구체 용액의 전체 금속 원자 100 몰 대비 상기 시트르산(citric acid) 9 내지 50 몰을 포함하고, 상기 전체 금속은 몰리브데넘, 코발트, 철, 비스무트 및 칼륨을 포함한다. 바람직하게는, 상기 시트르산(citric acid)은 전구체 용액의 전체 금속 원자 100 몰 대비 9 내지 40 몰, 10 내지 35 몰, 15 내지 35 몰, 15 내지 30 몰, 20 내지 30 몰, 25 내지 30몰, 또는 27 내지 30 몰을 포함할 수 있다. The citric acid includes 9 to 50 moles of the citric acid relative to 100 moles of the total metal atoms of the precursor solution, and the total metal includes molybdenum, cobalt, iron, bismuth and potassium. Preferably, the citric acid is 9 to 40 moles, 10 to 35 moles, 15 to 35 moles, 15 to 30 moles, 20 to 30 moles, 25 to 30 moles, relative to 100 moles of the total metal atoms of the precursor solution; or 27 to 30 moles.

상기 시트르산(citric acid)이 전체 금속 원자 100 몰 대비 9 몰 미만인 경우 실리카졸의 겔화가 일어나 금속 용액과 혼합하기가 어려워지고 슬러리의 분산안정도가 떨어지며, 슬러리 점도의 증가로 인하여 소성 후 촉매 강도가 약해진다. 한편, 시트르산(citric acid)이 전체 금속 원자 100 몰 대비 50 몰을 초과하는 경우 소성과정에서 시트르산(citric acid)이 질산염과 함께 발화가 일어나 촉매 건조 온도 제어가 어려워지고 소성 후 촉매 밀도가 낮아지고 강도가 약해진다.When the amount of citric acid is less than 9 moles based on 100 moles of the total metal atoms, silica sol is gelled, making it difficult to mix with the metal solution, and the dispersion stability of the slurry decreases, and the catalyst strength after calcination due to the increase in slurry viscosity is about becomes On the other hand, when citric acid exceeds 50 moles relative to 100 moles of all metal atoms, citric acid is ignited together with nitrate during the calcination process, making it difficult to control the catalyst drying temperature, and the catalyst density decreases and strength after calcination is weakened

바람직하게는, 본 발명의 일 구현예를 통해 제조된 상기 프로필렌 암모산화반응 촉매는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:Preferably, the propylene ammoxidation catalyst prepared through an embodiment of the present invention may be represented by the following Chemical Formula 1:

[화학식 1][Formula 1]

Mo12 Bia Feb Ac Bd Ce Ox Mo 12 Bi a Fe b A c B d C e O x

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

A 는 Ni, Mn, Co, Zn, Mg, Ca, 및 Ba 중 하나 이상의 원소이고,A is one or more of Ni, Mn, Co, Zn, Mg, Ca, and Ba,

B는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 하나 이상의 원소이고,B is one or more of Li, Na, K, Rb, and Cs,

C는 Cr, W, B, Al, Ca, 및 V 중 하나 이상의 원소이고,C is one or more of Cr, W, B, Al, Ca, and V,

상기 a 내지 e, 및 x는 원자 또는 원자단의 분율이며, a는 0.1 내지 7이고, b는 0.1 내지 10 이고, c는 0.01 내지 5이고, d는 0.1 내지 10이며, e는 0 내지 10이고, x는 상기 각 원소의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이다.Wherein a to e, and x is a fraction of an atom or group, a is 0.1 to 7, b is 0.1 to 10, c is 0.01 to 5, d is 0.1 to 10, e is 0 to 10, x is a numerical value determined according to the oxidation state of each element.

보다 바람직하게는, 상기 프로필렌 암모산화반응 촉매는 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다:More preferably, the propylene ammoxidation catalyst may be represented by the following Chemical Formula 1-1:

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Mo12 Bia Feb Coc Kd Ox Mo 12 Bi a Fe b Co c K d O x

상기 화학식 1-1에서, In Formula 1-1,

a 내지 d 및 x는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.a to d and x are as defined in Formula 1 above.

바람직하게는, 상기 촉매의 BET 비표면적은 33 내지 35 m2/g이고, 내부 기공 부피는 0.22 내지 0.27 cm3/g일 수 있다.Preferably, the BET specific surface area of the catalyst may be 33 to 35 m 2 /g, and the internal pore volume may be 0.22 to 0.27 cm 3 /g.

바람직하게는, 상기 전구체 용액을 제조하는 단계 1은, 하기의 단계를 포함할 수 있다:Preferably, step 1 of preparing the precursor solution may include the following steps:

담체와 시트르산(citric acid)을 포함하는 담지 수용액, 몰리브데넘 전구체를 포함하는 제1 전구체 수용액, 코발트 전구체 및 철 전구체를 포함하는 제2 전구체 수용액 및 비스무트 전구체 및 질산칼륨을 포함하는 제3 전구체 수용액을 준비하는 단계(단계 1-1);A supported aqueous solution containing a carrier and citric acid, a first aqueous precursor solution containing a molybdenum precursor, a second aqueous precursor solution containing a cobalt precursor and an iron precursor, and a third aqueous precursor solution containing a bismuth precursor and potassium nitrate preparing (step 1-1);

상기 제1 전구체 수용액과, 담지 수용액을 혼합하여 제조하는 단계(단계 1-2);preparing by mixing the first aqueous precursor solution and the supporting aqueous solution (step 1-2);

상기 단계 1-2에서 제조한 수용액과, 제2 전구체 수용액을 혼합하여 제조하는 단계(단계 1-3); 및preparing by mixing the aqueous solution prepared in step 1-2 with the second aqueous precursor solution (step 1-3); and

상기 단계 1-3에서 제조한 수용액과, 제3 전구체 수용액을 혼합하여 제조하는 단계(단계 1-4).A step of preparing by mixing the aqueous solution prepared in step 1-3 and the third aqueous precursor solution (step 1-4).

본 발명 일 구현예의 단계 1은 전구체 수용액을 모두 혼합한 뒤 담체에 담지하지 않고, 상기 단계 1-1에서 서술한 바와 같이 제1 전구체 수용액을 먼저 담체에 담지한 후 제2 전구체 수용액과 제3 전구체 수용액을 차례로 혼합한다.In step 1 of one embodiment of the present invention, the aqueous precursor solution is not supported on the carrier after all of the aqueous precursor solution is mixed, and as described in step 1-1 above, the first aqueous precursor solution is first loaded on the carrier, and then the second aqueous precursor solution and the third precursor are supported. The aqueous solution is mixed sequentially.

상기 담체는 일례로 SiO2, Al2O3, MgO, MgCl2, CaCl2, ZrO2, TiO2, B2O3, CaO, ZnO, BaO, ThO2, SiO2-Al2O3, SiO2-MgO, SiO2-TiO2, SiO2-V2O5, SiO2-CrO2O3, SiO2-TiO2-MgO, 및 제올라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 실리카(SiO2)일 수 있다.The carrier is, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, MgCl 2 , CaCl 2 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , CaO, ZnO, BaO, ThO 2 , SiO 2 -Al 2 O 3 , SiO It may be at least one compound selected from the group consisting of 2- MgO, SiO 2 -TiO 2 , SiO 2 -V 2 O 5 , SiO 2 -CrO 2 O 3 , SiO 2 -TiO 2 -MgO, and zeolite, preferably For example, it may be silica (SiO 2 ).

(단계 2)(Step 2)

본 발명의 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 전구체 용액을 분무 건조하는 단계로, 통상적으로 촉매의 제조 시 금속 전구체로부터 유동층 반응에 적합한 크기의 구형 입자를 얻을 수 있도록 건조하는 조건이라면 특별한 제한은 없다. 한편, 촉매입자의 직경은 40 내지 200 ㎛가 바람직하다.Step 2 of the present invention is a step of spray-drying the precursor solution prepared in step 1, and there is no particular limitation as long as the conditions are for drying to obtain spherical particles of a size suitable for a fluidized bed reaction from a metal precursor when preparing a catalyst. . On the other hand, the diameter of the catalyst particles is preferably 40 to 200 ㎛.

바람직한 입경을 갖는 촉매를 얻기 위한 조건으로는 일례로, 회전 원반식 건조 장치를 이용할 수 있고, 건조기 입구 온도를 200 내지 230℃, 출구 온도를 120 내지 150℃로 유지하여, 분무 건조를 수행할 수 있다.As a condition for obtaining a catalyst having a desirable particle size, for example, a rotary disk drying device may be used, and spray drying may be performed by maintaining the dryer inlet temperature at 200 to 230°C and the outlet temperature at 120 to 150°C. have.

(단계 3)(Step 3)

본 발명의 단계 3은 상기 단계 2에서 건조한 전구체 입자를 소결하는 단계로, 통상적으로 촉매의 제조 시 금속 전구체를 소결하는 조건이라면 특별한 제한은 없다.Step 3 of the present invention is a step of sintering the precursor particles dried in step 2, and there is no particular limitation as long as it is a condition for sintering the metal precursor during the preparation of the catalyst.

일례로, 상기 단계 3의 소성 방식으로는 머플 소성로를 이용하는 것이 바람직하며, 소성온도는 바람직하게는 500 내지 700 ℃ 또는 500 내지 600 ℃일 수 있고, 소성 시간은 1 내지 6 시간 일 수 있다. 원하는 촉매 물성, 반응 성능을 얻을 수 있도록 소성 온도, 소성 시간 등의 조건을 적절하게 선택할 수 있다.For example, as the firing method in step 3, it is preferable to use a muffle firing furnace, the firing temperature may be preferably 500 to 700° C. or 500 to 600° C., and the firing time may be 1 to 6 hours. Conditions such as calcination temperature and calcination time can be appropriately selected to obtain desired catalyst properties and reaction performance.

프로필렌의 암모산화 방법Method for ammoxidation of propylene

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 반응기 내에서, 전술한 일 구현예의 제조 방법으로 제조한 촉매 존재 하에 프로필렌 및 암모니아를 반응시키는 단계를 포함하는, 프로필렌의 암모산화 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, in a reactor, there is provided a method for ammoxidation of propylene, comprising the step of reacting propylene and ammonia in the presence of the catalyst prepared by the production method of the above-described embodiment.

상기 일 구현예의 제조 방법으로 제조한 촉매는, 프로필렌의 암모산화 반응에 이용되어 프로필렌의 전환율, 아크릴로니트릴의 선택도 및 수율을 높일 수 있다.The catalyst prepared by the preparation method of the one embodiment may be used in the ammoxidation reaction of propylene to increase the conversion rate of propylene, the selectivity and the yield of acrylonitrile.

상기 일 구현예의 제조 방법으로 제조한 촉매 이외의 사항들에 대해서는, 당업계에 일반적으로 알려진 사항을 참고할 수 있다.For matters other than the catalyst prepared by the preparation method of the embodiment, reference may be made to matters generally known in the art.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, it will be described in more detail to help the understanding of the present invention. However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1Example 1

파라몰리브덴산암모늄[(NH4)6Mo7O24·4H2O] 200 g을 탈이온수에 용해시키고 실리카 졸 607 g과 시트르산 수용액을 혼합하였다. 시트르산 수용액에서 시트르산 양은 실리카를 제외한 전체 금속 몰수에 대하여 0.15 배로 하여, 탈이온수 115 g에 용해시켰다. 실리카-시트르산 혼합액과 파라몰리브덴산암모늄 수용액을 75 ℃로 유지된 반응기의 교반 하에 첨가한 뒤 탈이온수 120 g에 용해시킨 질산코발트[Co(NO3)2·6H2O] 167 g, 질산철[Fe(NO3)3·9H2O] 50.9 g을 첨가하여 용액 1을 만들었다. 탈이온수에 질산비스무트[Bi(NO3)3·5H2O] 44.4 g, 질산칼륨[KNO3] 0.57 g을 첨가한 후 용해를 위해 60 wt%의 질산 24.85 g을 비스무트-칼륨 수용액에 첨가하고 용해시켜 용액 2를 만들었다. 75 ℃에서 교반 중인 용액 1에 용액 2를 첨가하고 촉매 전구체 용액을 만든 뒤, 촉매 전구체 용액을 분무 건조시켰다. 이 때, 건조기 입구의 공기 온도는 215 ℃로 하고, 출구 온도를 140 ℃로 하였다. 회전식 분무건조기의 원반의 회전 수는 7000 회전/분으로 설정하였다. 건조 후 생성된 입자는 580 ℃까지 5 ℃/분으로 승온하여, 3 시간 동안 소성하였다.200 g of ammonium paramolybdate [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O] was dissolved in deionized water, and 607 g of silica sol and an aqueous citric acid solution were mixed. The amount of citric acid in the aqueous solution of citric acid was 0.15 times the number of moles of all metals excluding silica, and dissolved in 115 g of deionized water. 167 g of cobalt nitrate [Co(NO 3 ) 2 .6H 2 O], iron nitrate [Co(NO 3 ) 2 .6H 2 O] dissolved in 120 g of deionized water after adding a silica-citric acid mixture and an aqueous solution of ammonium paramolybdate under stirring in a reactor maintained at 75 ° C. Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O] 50.9 g was added to prepare solution 1. After adding 44.4 g of bismuth nitrate [Bi(NO 3 ) 3 ·5H 2 O] and 0.57 g of potassium nitrate [KNO 3 ] to deionized water, 24.85 g of 60 wt% nitric acid was added to the bismuth-potassium aqueous solution for dissolution. Dissolve to make solution 2. Solution 2 was added to solution 1 being stirred at 75° C. to make a catalyst precursor solution, and then the catalyst precursor solution was spray dried. At this time, the air temperature at the inlet of the dryer was 215°C, and the outlet temperature was 140°C. The rotation speed of the disk of the rotary spray dryer was set to 7000 rotations/minute. After drying, the resulting particles were heated to 580 °C at 5 °C/min and calcined for 3 hours.

실시예 2Example 2

시트르산을 실리카를 제외한 전체 금속 몰수에 대하여 0.25 배 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that citric acid was added 0.25 times based on the total number of moles of metal excluding silica.

실시예 3Example 3

시트르산을 실리카를 제외한 전체 금속 몰수에 대하여 0.3 배 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that citric acid was added 0.3 times based on the total number of moles of metal excluding silica.

비교예 1Comparative Example 1

시트르산을 실리카를 제외한 전체 금속 몰수에 대하여 0.08 배 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that citric acid was added 0.08 times based on the total number of moles of metal excluding silica.

실험예 1: 촉매 물성 평가Experimental Example 1: Evaluation of Catalyst Properties

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 촉매의 촉매 표면적과 기공구조는 BET 분석 결과를 통해 확인하였다. The catalyst surface area and pore structure of the catalysts prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were confirmed through BET analysis results.

(1) BET 비표면적: BET 비표면적 측정 기기(제조사: BEL Japan, 기기명: BELSORP-mini X)를 이용하여, 액체 질소 온도 하(77 K)에서의 질소가스 흡착량으로부터 비표면적을 평가하고 그 평가 결과를 표 1에 나타내었다.(1) BET specific surface area: Using a BET specific surface area measuring instrument (manufacturer: BEL Japan, instrument name: BELSORP-mini X), the specific surface area was evaluated from the amount of nitrogen gas adsorbed under liquid nitrogen temperature (77 K), and the Table 1 shows the evaluation results.

(2) 마모 손실: ASTM D5757-00에 기재된 방법에 준하여 마모손실로서 촉매의 내마모성 강도를 측정하였다. 마모 손실은 다음 수학식 1로 계산하였다. (2) Abrasion loss: Abrasion resistance strength of the catalyst was measured as abrasion loss according to the method described in ASTM D5757-00. The wear loss was calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

마모 손실 (%)= (m1+m5)/ms×100Wear loss (%)= (m1+m5)/ms×100

상기 식에서 m1은 1 시간동안 포집기에 포집된 분말 양(g), m5는 5 시간 동안 포집기에 포집된 분말 양(g), ms는 초기 촉매량(g)이다.In the above formula, m1 is the amount of powder collected in the collector for 1 hour (g), m5 is the amount of powder collected in the collector for 5 hours (g), and ms is the initial catalyst amount (g).

(3) 겉보기 비중(Bulk density): 겉보기 비중은 25 ml 메스실린더에 촉매 부피를 10 ml에 맞추어 채우고 질량/용량의 계산에 의해 구하였다.(3) Apparent specific gravity (Bulk density): The apparent specific gravity was calculated by calculating the mass/capacity by filling a 25 ml measuring cylinder with a catalyst volume of 10 ml.

표면적
(m2/g)
surface area
(m 2 /g)
기공크기
(nm)
pore size
(nm)
기공부피
(cm3/g)
pore volume
(cm 3 /g)
Bulk density
(g/mL)
Bulk density
(g/mL)
마모손실
(%)
wear loss
(%)
실시예 1Example 1 32.832.8 27.127.1 0.2260.226 0.80.8 8.08.0 실시예 2Example 2 33.033.0 26.926.9 0.2220.222 0.790.79 33.933.9 실시예 3Example 3 34.034.0 29.529.5 0.2560.256 0.620.62 39.139.1 비교예 1Comparative Example 1 33.233.2 26.426.4 0.2190.219 0.910.91 4.74.7

실험예 2: 고정층 반응기에서 촉매 성능 평가Experimental Example 2: Evaluation of Catalyst Performance in a Fixed Bed Reactor

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 촉매의 성능을 평가하였다. 내경 6.5 mm, 높이 460 mm인 반응기에 촉매를 투입한 뒤 반응물(C3H6, NH3, Air)을 반응기 상부에서 주입하여 촉매 성능 평가를 진행하였다.The performances of the catalysts prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were evaluated. Catalyst was introduced into a reactor having an inner diameter of 6.5 mm and a height of 460 mm, and then reactants (C 3 H 6 , NH 3 , Air) were injected from the top of the reactor to evaluate catalyst performance.

프로필렌 암모산화 반응을 위하여 100 내지 150 ㎛크기의 촉매 0.2 g을 사용하고, 반응온도 400 ℃, 상압 조건에서 프로필렌/암모니아/공기의 혼합 가스를 전체 가스 유량 10 ml/min으로 공급하여 고정층 반응 형태로 실시하였다. 이때, 혼합 가스의 프로필렌/암모니아/공기의 몰비는 1/1.5/10으로 하였다. For the propylene ammoxidation reaction, 0.2 g of a catalyst having a size of 100 to 150 μm is used, and a mixed gas of propylene/ammonia/air is supplied at a total gas flow rate of 10 ml/min at a reaction temperature of 400° C. and atmospheric pressure to form a fixed bed reaction. carried out. At this time, the molar ratio of propylene/ammonia/air of the mixed gas was 1/1.5/10.

프로필렌 전환율
(%)
Propylene conversion rate
(%)
아크릴로니트릴 선택도
(%)
Acrylonitrile Selectivity
(%)
아크릴로니트릴 수율
(%)
Acrylonitrile yield
(%)
실시예1Example 1 48.348.3 73.673.6 35.535.5 실시예2Example 2 44.644.6 72.872.8 32.532.5 실시예3Example 3 70.270.2 79.779.7 55.955.9 비교예1Comparative Example 1 42.842.8 73.173.1 31.331.3

표 2에 나타난 바와 같이, 시트르산을 일정 함량 범위에서 사용하는 경우, 프로필렌의 전환율 및 아크릴로니트릴의 수율이 우수한 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, when citric acid was used in a certain content range, it was confirmed that the conversion rate of propylene and the yield of acrylonitrile were excellent.

Claims (8)

몰리브데넘 전구체, 코발트 전구체, 철 전구체, 비스무트 전구체, 질산칼륨 및 시트르산(citric acid)을 포함하는 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조한 전구체 용액을 분무 건조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 건조한 전구체 입자를 소결하는 단계(단계 3);를 포함하고,
상기 전구체 용액의 전체 금속 원자 100 몰 대비 상기 시트르산(citric acid) 9 내지 50 몰을 포함하고,
상기 전체 금속은 몰리브데넘, 코발트, 철, 비스무트 및 칼륨을 포함하는,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법.
preparing a precursor solution including a molybdenum precursor, a cobalt precursor, an iron precursor, a bismuth precursor, potassium nitrate and citric acid (step 1);
spray-drying the precursor solution prepared in step 1 (step 2); and
Including; sintering the dry precursor particles in step 2 (step 3);
Containing 9 to 50 moles of the citric acid relative to 100 moles of the total metal atoms of the precursor solution,
wherein the total metal comprises molybdenum, cobalt, iron, bismuth and potassium;
A method for preparing a propylene ammoxidation catalyst.
제1항에 있어서,
상기 프로필렌 암모산화반응 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법:
[화학식 1]
Mo12 Bia Feb Ac Bd Ce Ox
상기 화학식 1에서,
A 는 Ni, Mn, Co, Zn, Mg, Ca, 및 Ba 중 하나 이상의 원소이고,
B는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 하나 이상의 원소이고,
C는 Cr, W, B, Al, Ca, 및 V 중 하나 이상의 원소이고,
상기 a 내지 e, 및 x는 원자 또는 원자단의 분율이며, a는 0.1 내지 7이고, b는 0.1 내지 10 이고, c는 0.01 내지 5이고, d는 0.1 내지 10이며, e는 0 내지 10이고, x는 상기 각 원소의 산화 상태에 따라 정해지는 수치이다.
According to claim 1,
The propylene ammoxidation catalyst is represented by the following formula (1),
Method for preparing propylene ammoxidation catalyst:
[Formula 1]
Mo 12 Bi a Fe b A c B d C e O x
In Formula 1,
A is one or more of Ni, Mn, Co, Zn, Mg, Ca, and Ba,
B is one or more of Li, Na, K, Rb, and Cs,
C is one or more of Cr, W, B, Al, Ca, and V,
Wherein a to e, and x is a fraction of an atom or atomic group, a is 0.1 to 7, b is 0.1 to 10, c is 0.01 to 5, d is 0.1 to 10, e is 0 to 10, x is a numerical value determined according to the oxidation state of each element.
제2항에 있어서,
상기 프로필렌 암모산화반응 촉매는 하기 화학식 1-1로 표시되는,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법:
[화학식 1-1]
Mo12 Bia Feb Coc Kd Ox
상기 화학식 1-1에서,
a 내지 d 및 x는 제2항에서 정의한 바와 같다.
3. The method of claim 2,
The propylene ammoxidation catalyst is represented by the following Chemical Formula 1-1,
Method for preparing propylene ammoxidation catalyst:
[Formula 1-1]
Mo 12 Bi a Fe b Co c K d O x
In Formula 1-1,
a to d and x are as defined in claim 2.
제1항에 있어서,
상기 촉매의 BET 비표면적은 33 내지 35 m2/g이고,
상기 촉매 내 기공 부피는 0.22 내지 0.27 cm3/g인,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법.
According to claim 1,
The BET specific surface area of the catalyst is 33 to 35 m 2 /g,
The pore volume in the catalyst is 0.22 to 0.27 cm 3 /g,
A method for preparing a propylene ammoxidation catalyst.
제1항에 있어서,
상기 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1)는
담체와 시트르산(citric acid)을 포함하는 담지 수용액, 몰리브데넘 전구체를 포함하는 제1 전구체 수용액, 코발트 전구체 및 철 전구체를 포함하는 제2 전구체 수용액 및 비스무트 전구체 및 질산칼륨을 포함하는 제3 전구체 수용액을 준비하는 단계(단계 1-1);
상기 제1 전구체 수용액과, 담지 수용액을 혼합하여 제조하는 단계(단계 1-2);
상기 단계 1-2에서 제조한 수용액과, 제2 전구체 수용액을 혼합하여 제조하는 단계(단계 1-3); 및
상기 단계 1-3에서 제조한 수용액과, 제3 전구체 수용액을 혼합하여 제조하는 단계(단계 1-4)를 포함하는,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of preparing the precursor solution (step 1) is
A supported aqueous solution containing a carrier and citric acid, a first aqueous precursor solution containing a molybdenum precursor, a second aqueous precursor solution containing a cobalt precursor and an iron precursor, and a third aqueous precursor solution containing a bismuth precursor and potassium nitrate preparing (step 1-1);
preparing by mixing the first aqueous precursor solution and the supporting aqueous solution (step 1-2);
preparing by mixing the aqueous solution prepared in step 1-2 with the second aqueous precursor solution (step 1-3); and
Including the step of preparing by mixing the aqueous solution prepared in step 1-3 and the third aqueous precursor solution (step 1-4),
A method for preparing a propylene ammoxidation catalyst.
제5항에 있어서,
상기 담체는 실리카인,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The carrier is silica,
A method for preparing propylene ammoxidation catalyst.
제1항에 있어서,
상기 건조된 물질을 소성하는 단계는,
500 내지 700 ℃의 온도 범위 내에서 수행되는,
프로필렌 암모산화반응 촉매의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of calcining the dried material,
carried out within a temperature range of 500 to 700 °C,
A method for preparing a propylene ammoxidation catalyst.
반응기 내에서, 제1항의 제조 방법으로 제조한 촉매 존재 하에 프로필렌 및 암모니아를 반응시키는 단계를 포함하는,
프로필렌의 암모산화 방법.
In a reactor, comprising the step of reacting propylene and ammonia in the presence of the catalyst prepared by the method of claim 1,
Method for ammoxidation of propylene.
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