KR20220065408A - Method for preparing zinx ferrite-based catalysts and method for preparing butadiene using the same - Google Patents

Method for preparing zinx ferrite-based catalysts and method for preparing butadiene using the same Download PDF

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KR20220065408A
KR20220065408A KR1020200151879A KR20200151879A KR20220065408A KR 20220065408 A KR20220065408 A KR 20220065408A KR 1020200151879 A KR1020200151879 A KR 1020200151879A KR 20200151879 A KR20200151879 A KR 20200151879A KR 20220065408 A KR20220065408 A KR 20220065408A
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김찬수
고동현
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황예슬
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Abstract

A preparation method of a zinc ferrite-based catalyst according to one exemplary embodiment of the present application comprises the steps of: inducing co-precipitation by contacting a precursor aqueous solution including a zinc precursor, a ferrite precursor, and pure water with a basic aqueous solution; forming a solid sample by performing a drying process and a firing process; and coating the solid sample on a support, wherein the zinc precursor includes zinc nitrate, the ferrite precursor includes ferrite nitrate, and the temperature of the pure water of the co-precipitation step is 20 to 50 ℃.

Description

아연 페라이트계 촉매의 제조방법 및 이를 이용한 부타디엔의 제조방법{METHOD FOR PREPARING ZINX FERRITE-BASED CATALYSTS AND METHOD FOR PREPARING BUTADIENE USING THE SAME}Manufacturing method of zinc ferritic catalyst and manufacturing method of butadiene using the same

본 출원은 아연 페라이트계 촉매의 제조방법 및 이를 이용한 부타디엔의 제조방법에 관한 것이다.The present application relates to a method for producing a zinc ferritic catalyst and a method for producing butadiene using the same.

1,3-부타디엔(1,3-butadiene)은 석유화학 제품의 중간체로서 전세계적으로 그 수요와 가치가 점차 증가하고 있다. 상기 1,3-부타디엔은 납사 크래킹, 부텐의 직접 탈수소화 반응, 부텐의 산화적 탈수소화 반응 등을 이용해 제조되고 있다.1,3-butadiene (1,3-butadiene) is an intermediate in petrochemical products, and its demand and value are gradually increasing worldwide. The 1,3-butadiene is produced using naphtha cracking, direct dehydrogenation of butene, oxidative dehydrogenation of butene, and the like.

그러나, 상기 납사 크래킹 공정은 높은 반응 온도로 인해 에너지 소비량이 많을 뿐만 아니라, 1,3-부타디엔 생산만을 위한 단독 공정이 아니기 때문에, 1,3-부타디엔 이외에 다른 기초 유분이 잉여로 생산된다는 문제가 있다. 또한, n-부텐의 직접 탈수소화 반응은 열역학적으로 불리할 뿐만 아니라, 흡열반응으로써 높은 수율의 1,3-부타디엔 생산을 위해 고온 및 저압의 조건이 요구되어, 1,3-부타디엔을 생산하는 상용화 공정으로는 적합하지 않다.However, the naphtha cracking process not only consumes a lot of energy due to a high reaction temperature, but is not a single process only for the production of 1,3-butadiene, so there is a problem that other basic oils other than 1,3-butadiene are produced in excess. . In addition, the direct dehydrogenation reaction of n-butene is not only thermodynamically disadvantageous, but also high temperature and low pressure conditions are required to produce 1,3-butadiene in high yield as an endothermic reaction, so commercialization of 1,3-butadiene is produced. The process is not suitable.

한편, 부텐의 산화적 탈수소화 반응은 금속산화물 촉매의 존재 하에 부텐과 산소가 반응하여 1,3-부타디엔과 물을 생성하는 반응으로, 안정한 물이 생성되므로 열역학적으로 매우 유리한 이점을 갖는다. 또한, 부텐의 직접 탈수소화 반응과 달리 발열반응이므로, 직접 탈수소화 반응에 비해 낮은 반응온도에서도 높은 수율의 1,3-부타디엔을 얻을 수 있고, 추가적인 열 공급을 필요로 하지 않아 1,3-부타디엔 수요를 충족시킬 수 있는 효과적인 단독 생산 공정이 될 수 있다.On the other hand, the oxidative dehydrogenation of butene is a reaction in which butene and oxygen react to produce 1,3-butadiene and water in the presence of a metal oxide catalyst, and since stable water is produced, it has a thermodynamically very advantageous advantage. In addition, since it is an exothermic reaction unlike the direct dehydrogenation reaction of butene, a high yield of 1,3-butadiene can be obtained even at a lower reaction temperature compared to the direct dehydrogenation reaction, and 1,3-butadiene does not require additional heat supply. It can be an effective standalone production process that can meet the demand.

상기 금속산화물 촉매는 일반적으로 금속 용액을 염기성 용액으로 동시에 침전시켜 제조하는 공침법에 의해 합성된다. 알려진 노르말-부텐의 산화적 탈수소화 반응에 사용되는 금속산화물 촉매 중 페라이트(Ferrite) 계열 촉매는 활성 및 안정성이 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나, 페라이트 계열 촉매는 고온/고압의 반응 조건에 의한 과량의 발열로 인해 그 활성이나 내구성이 저하되는 문제가 있으며, 나아가 COx가 생성되는 부반응이 촉진되어 발열량이 더욱 증가함에 따라 촉매의 활성이나 내구성 등의 감소는 물론 부타디엔의 선택도가 저하되는 문제가 있었다.The metal oxide catalyst is generally synthesized by a co-precipitation method in which a metal solution is simultaneously precipitated with a basic solution. Among the known metal oxide catalysts used in the oxidative dehydrogenation of n-butene, a ferrite-based catalyst is known to have excellent activity and stability. However, the ferrite-based catalyst has a problem in that its activity or durability is lowered due to excessive heat generation due to high temperature/high pressure reaction conditions. There was a problem in that the selectivity of butadiene was decreased as well as the reduction of the .

미국 특허 공개 공보 제2013-0209351호US Patent Publication No. 2013-0209351

본 출원은 아연 페라이트계 촉매의 제조방법 및 이를 이용한 부타디엔의 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present application is to provide a method for producing a zinc ferritic catalyst and a method for producing butadiene using the same.

본 출원의 일 실시상태는,An exemplary embodiment of the present application is,

아연 전구체, 페라이트 전구체 및 순수를 포함하는 전구체 수용액을 염기성 수용액과 접촉시켜 공침시키는 단계;co-precipitating an aqueous precursor solution comprising a zinc precursor, a ferrite precursor, and pure water in contact with a basic aqueous solution;

건조공정 및 소성공정을 수행하여 고체 시료를 형성하는 단계; 및forming a solid sample by performing a drying process and a firing process; and

지지체에 상기 고체 시료를 코팅시키는 단계를 포함하고,coating the solid sample on a support;

상기 아연 전구체는 아연 질산염을 포함하고, 상기 페라이트 전구체는 페라이트 질산염을 포함하며,The zinc precursor includes zinc nitrate, the ferrite precursor includes ferrite nitrate,

상기 공침시키는 단계의 순수의 온도는 20℃ 내지 50℃인 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법을 제공한다.The temperature of the pure water in the co-precipitation step provides a method for producing a zinc ferritic catalyst that is 20 ℃ to 50 ℃.

또한, 본 출원의 다른 실시상태는,In addition, another embodiment of the present application is,

상기 제조방법으로 아연 페라이트계 촉매를 제조하는 단계; 및preparing a zinc ferritic catalyst by the above method; and

상기 아연 페라이트계 촉매를 부텐의 산화적 탈수소화 반응에 사용하여 부타디엔을 제조하는 단계Preparing butadiene by using the zinc ferritic catalyst for oxidative dehydrogenation of butene

를 포함하는 부타디엔의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing butadiene comprising a.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 아연 페라이트계 촉매의 제조시 아연 질산염 및 페라이트 질산염을 이용함으로써, 공침단계 이후에 여과 및 세척공정을 배제할 수 있고, 이에 따라 제조공정을 간소화하여 공정비용을 절감할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, by using zinc nitrate and ferrite nitrate in the preparation of a zinc ferritic catalyst, filtration and washing processes can be excluded after the co-precipitation step, thereby simplifying the manufacturing process and reducing process costs can do.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 종래기술과 같이 아연 염화물 및 페라이트 염화물을 적용하지 않으므로, Cl-와 같은 부식성 물질의 배출을 감소시킬 수 있는 특징이 있다.In addition, according to an exemplary embodiment of the present application, since zinc chloride and ferrite chloride are not applied as in the prior art, there is a feature that can reduce the emission of corrosive substances such as Cl - .

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 아연 페라이트계 촉매의 제조시 아연 질산염 및 페라이트 질산염을 이용하고, 공침시키는 단계의 순수의 온도를 20℃ 내지 50℃로 조절함으로써, 부텐의 전환율 및 부타디엔의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부산물인 중질유(heavies)의 생성량을 감소시킬 수 있다.In addition, according to an exemplary embodiment of the present application, by using zinc nitrate and ferrite nitrate in the preparation of a zinc ferritic catalyst, and adjusting the temperature of the pure water in the coprecipitation step to 20° C. to 50° C., the conversion rate of butene and the amount of butadiene It is possible to improve selectivity as well as reduce the amount of heavy oil (heavies) produced as a by-product.

도 1은 본 출원의 실시예 1 내지 3에 따른 아연 페라이트계 촉매를 제조하는 공정도이다.
도 2는 본 출원의 비교예 1 및 2에 따른 아연 페라이트계 촉매를 제조하는 공정도이다.
1 is a process diagram for preparing a zinc ferritic catalyst according to Examples 1 to 3 of the present application.
2 is a process diagram for preparing a zinc ferritic catalyst according to Comparative Examples 1 and 2 of the present application.

이하, 본 출원에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in more detail.

본 명세서에 있어서, '수율(%)'은 산화적 탈수소화 반응의 생성물인 1,3-부타디엔의 중량을, 원료인 부텐의 중량으로 나눈 값으로 정의된다. 예컨대, 수율은 하기의 식으로 표시될 수 있다.In the present specification, 'yield (%)' is defined as a value obtained by dividing the weight of 1,3-butadiene, which is a product of the oxidative dehydrogenation reaction, by the weight of butene, a raw material. For example, the yield may be expressed by the following formula.

수율(%) = [(생성된 1,3-부타디엔의 몰수)/(공급된 부텐의 몰수)] × 100Yield (%) = [(number of moles of 1,3-butadiene produced)/(number of moles of butene supplied)] × 100

본 명세서에 있어서, '전환율(conversion, %)'은 반응물이 생성물로 전환하는 비율을 말하며, 예컨대, 부텐의 전환율은 하기의 식으로 정의될 수 있다.In the present specification, 'conversion (%)' refers to the rate at which a reactant is converted into a product, for example, the conversion rate of butene may be defined by the following formula.

전환율(%) = [(반응한 부텐의 몰수)/(공급된 부텐의 몰수)] × 100Conversion (%) = [(number of moles of butene reacted)/(number of moles of butene supplied)] × 100

본 명세서에 있어서, '선택도(%)'는 부타디엔(BD)의 변화량을 부텐(BE)의 변화량으로 나눈 값으로 정의된다. 예컨대, 선택도는 하기의 식으로 표시될 수 있다.In the present specification, 'selectivity (%)' is defined as a value obtained by dividing the amount of change in butadiene (BD) by the amount of change in butene (BE). For example, selectivity can be expressed by the following formula.

선택도(%) = [(생성된 1,3-부타디엔 또는 중질유의 몰수)/(반응한 부텐의 몰수)] × 100Selectivity (%) = [(number of moles of 1,3-butadiene or heavy oil produced)/(number of moles of butene reacted)] × 100

본 명세서에 있어서, '부타디엔'은 1,3-부타디엔을 의미한다.In the present specification, 'butadiene' means 1,3-butadiene.

종래의 아연 페라이트계 촉매의 제조시에는, 아연 전구체로서 아연 염화물인 아연클로라이드를 이용하였고, 페라이트 전구체로서 페라이트 염화물인 페릭클로라이드하이드레이트를 이용하였다. 이와 같이, 금속 전구체로서 금속 염화물을 이용하는 경우에는, 공침단계 이후에 공침용액 및 침전물에 잔류하는 Cl-를 저감하기 위하여 여과공정 및 세척공정을 수행하는 것이 필수적이었다. 또한, 상기 여과공정 및 세척공정 단계에서 Cl-를 저감시키는 경우에도, 아연 페라이트계 촉매를 제조하는 소성단계에서 잔류 Cl-가 배출된다. 상기 잔류 Cl-는 부식성 물질이므로, 이는 아연 페라이트계 촉매의 제조장치 등의 유지비용 등을 상승시키는 원인이 될 수 있다.In the preparation of the conventional zinc ferritic catalyst, zinc chloride, which is zinc chloride, was used as a zinc precursor, and ferric chloride hydrate, which is ferrite chloride, was used as a ferrite precursor. As such, in the case of using a metal chloride as a metal precursor, it was essential to perform a filtration process and a washing process in order to reduce Cl remaining in the coprecipitation solution and the precipitate after the coprecipitation step. In addition, even when Cl is reduced in the filtration process and the washing process step, residual Cl is discharged in the calcination step of preparing the zinc ferritic catalyst. Since the residual Cl is a corrosive material, it may cause an increase in maintenance cost of a device for manufacturing a zinc ferritic catalyst and the like.

이에 본 출원에서는 전술한 Cl-와 같은 부식성 물질의 배출량을 감소시킬 수 있고, 제조공정을 간소화하여 공정비용을 절감할 수 있는 아연 페라이트계 촉매의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, in the present application, it is possible to reduce the emission of corrosive substances such as Cl described above, and to provide a method for manufacturing a zinc ferritic catalyst capable of reducing process costs by simplifying the manufacturing process.

본 출원의 일 실시상태에 따른 아연 페라이트계 촉매의 제조방법은, 아연 전구체, 페라이트 전구체 및 순수를 포함하는 전구체 수용액을 염기성 수용액과 접촉시켜 공침시키는 단계; 건조공정 및 소성공정을 수행하여 고체 시료를 형성하는 단계; 및 지지체에 상기 고체 시료를 코팅시키는 단계를 포함하고, 상기 아연 전구체는 아연 질산염을 포함하고, 상기 페라이트 전구체는 페라이트 질산염을 포함하며, 상기 공침시키는 단계의 순수의 온도는 20℃ 내지 50℃ 이다.A method of manufacturing a zinc ferritic catalyst according to an exemplary embodiment of the present application includes the steps of co-precipitating a zinc precursor, a ferrite precursor, and a precursor aqueous solution including pure water in contact with a basic aqueous solution; forming a solid sample by performing a drying process and a firing process; and coating the solid sample on a support, wherein the zinc precursor includes zinc nitrate, the ferrite precursor includes ferrite nitrate, and the temperature of the pure water in the coprecipitation step is 20° C. to 50° C.

부텐의 산화적 탈수소화 반응을 통해 1,3-부타디엔(butadiene)을 생산하는 공정의 촉매로 스피넬(spinel) 구조(AFe2O4)를 갖는 페라이트계 촉매의 활성이 좋다고 알려져있다.It is known that the activity of a ferritic catalyst having a spinel structure (AFe 2 O 4 ) is good as a catalyst for a process of producing 1,3-butadiene through the oxidative dehydrogenation of butene.

한편, 페라이트계 촉매의 경우, 2-부텐(2-butene), 특히 트랜스-2-부텐(trans-2-butene)에 대한 반응성이 비스무스-몰리브덴 촉매(Mo-Bi 촉매)보다 우수한 결과를 나타낸다고 알려져 있다. 따라서, 2-부텐의 산화적 탈수소화 반응에 Mo-Bi 촉매를 적용하더라도 본 발명과 같은 효과, 즉 부텐의 전환율 또는 부타디엔의 선택도 등의 결과가 얻어지지 않는다.On the other hand, in the case of a ferritic catalyst, it is known that the reactivity to 2-butene, especially trans-2-butene, is superior to that of the bismuth-molybdenum catalyst (Mo-Bi catalyst). there is. Therefore, even if the Mo-Bi catalyst is applied to the oxidative dehydrogenation of 2-butene, the same effect as in the present invention, that is, the results such as butene conversion or butadiene selectivity are not obtained.

이 때, 부텐의 산화적 탈수소화 반응에 사용되는 ZnFe2O4 촉매는 일반적으로 공침법에 의해 제조될 수 있다. 종래기술에 따른 공침법은 금속 전구체로서 아연 염화물 및 페라이트 염화물을 이용하고, 교반, 숙성, 여과 및 세척, 건조, 소성 등의 공정을 거쳐 제조된다.In this case, the ZnFe 2 O 4 catalyst used for the oxidative dehydrogenation of butene may be generally prepared by a co-precipitation method. The co-precipitation method according to the prior art uses zinc chloride and ferrite chloride as metal precursors, and is prepared through processes such as stirring, aging, filtration and washing, drying, and calcination.

그러나, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 아연 페라이트계 촉매의 제조시 아연 질산염 및 페라이트 질산염을 이용함으로써, 공침단계 이후에 여과 및 세척공정을 배제할 수 있고, 이에 따라 제조공정을 간소화하여 공정비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 종래기술과 같이 아연 염화물 및 페라이트 염화물을 적용하지 않으므로, Cl-와 같은 부식성 물질의 배출을 감소시킬 수 있는 특징이 있다.However, according to an exemplary embodiment of the present application, by using zinc nitrate and ferrite nitrate in the preparation of the zinc ferritic catalyst, filtration and washing processes can be excluded after the co-precipitation step, and thus the manufacturing process is simplified and process costs can save In addition, according to an exemplary embodiment of the present application, since zinc chloride and ferrite chloride are not applied as in the prior art, there is a feature that can reduce the emission of corrosive substances such as Cl - .

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 아연 전구체는 아연 질산염을 포함하고, 상기 페라이트 전구체는 페라이트 질산염을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 아연 질산염은 질산아연(Zn(NO3)2·6H2O) 일 수 있고, 상기 페라이트 질산염은 질산철(Fe(NO3)3·9H2O) 일 수 있다.In the exemplary embodiment of the present application, the zinc precursor includes zinc nitrate, and the ferrite precursor includes ferrite nitrate. More specifically, the zinc nitrate may be zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O), and the ferrite nitrate may be iron nitrate (Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O).

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전구체 용액 총중량을 기준으로, 상기 아연 전구체의 함량은 0.1 중량% 내지 20 중량% 일 수 있고, 0.1 중량% 내지 15 중량% 일 수 있다. 또한, 상기 전구체 용액 총중량을 기준으로, 상기 페라이트 전구체의 함량은 1 중량% 내지 35 중량% 일 수 있고, 1 중량% 내지 20 중량% 일 수 있다. 상기 아연 전구체 및 페라이트 전구체의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 공침법에 의한 침전물 형성시 아연 페라이트계 촉매의 합성이 용이하다.In the exemplary embodiment of the present application, based on the total weight of the precursor solution, the content of the zinc precursor may be 0.1 wt% to 20 wt%, or 0.1 wt% to 15 wt%. In addition, based on the total weight of the precursor solution, the content of the ferrite precursor may be 1 wt% to 35 wt%, and may be 1 wt% to 20 wt%. When the content of the zinc precursor and the ferrite precursor satisfies the above-mentioned ranges, the synthesis of the zinc ferritic catalyst is easy when the precipitate is formed by the co-precipitation method.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전구체 수용액의 물은 순수(DI water)를 이용할 수 있다. 상기 순수의 온도는 20℃ 내지 50℃ 일 수 있고, 바람직하게는 25℃ 내지 45℃ 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 25℃ 내지 30℃ 일 수 있다. 상기 순수의 온도가 상기 범위를 만족하는 경우 침전법에 의한 촉매 생산량을 늘리고, 활성 촉매의 함량을 조절하여, 궁극적으로 산화적 탈수소화 반응에 따른 부타디엔의 선택도 및 수율의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 산화적 탈수소화 반응시 부산물인 중질유(heavies)의 생성량을 감소시킬 수 있다.In the exemplary embodiment of the present application, pure water (DI water) may be used as the water of the aqueous precursor solution. The temperature of the pure water may be 20 °C to 50 °C, preferably 25 °C to 45 °C, more preferably 25 °C to 30 °C. When the temperature of the pure water satisfies the above range, the catalyst production by the precipitation method is increased, the content of the active catalyst is adjusted, and ultimately, the selectivity and yield of butadiene according to the oxidative dehydrogenation reaction can be improved. In addition, it is possible to reduce the amount of heavy oil (heavies) produced as a by-product during the oxidative dehydrogenation reaction.

공침법을 이용한 아연 페라이트 촉매의 합성과정에서는 α-Fe2O3 상(phase)이 형성될 수 있다. α-Fe2O3 상(phase)은 부텐의 산화적 탈수소화 반응에 있어서, 낮은 부타디엔 선택도를 보이는 반면에, ZnFe2O4 상에서는 높은 부타디엔 선택도를 보인다. 특히, 상기 α-Fe2O3 상(phase)은 부텐의 산화적 탈수소화 반응에 있어서, 부산물(side product)을 생성하는 주된 역할을 한다고 알려져 있다.In the synthesis process of the zinc ferrite catalyst using the co-precipitation method, an α-Fe 2 O 3 phase may be formed. The α-Fe 2 O 3 phase shows a low butadiene selectivity in the oxidative dehydrogenation of butene, whereas a high butadiene selectivity in the ZnFe 2 O 4 phase. In particular, it is known that the α-Fe 2 O 3 phase plays a major role in generating a side product in the oxidative dehydrogenation of butene.

따라서, 본 발명자들은 부타디엔 선택도 개선을 위해 α-Fe2O3 상의 생성을 제어할 수 있는 합성법을 연구하였고, 상기 공침시키는 단계의 순수의 온도가 20℃ 내지 50℃인 경우에, 제조되는 아연 페라이트계 촉매 내에 α-Fe2O3 상의 함량을 감소시키고 ZnFe2O4 상의 함량을 증가시켜서 촉매의 활성을 증가시킬 수 있음을 밝혀내었다.Therefore, the present inventors studied a synthesis method capable of controlling the generation of α-Fe 2 O 3 phase to improve butadiene selectivity, and when the temperature of the pure water in the coprecipitation step is 20° C. to 50° C., the zinc produced It was found that the activity of the catalyst can be increased by decreasing the content of the α-Fe 2 O 3 phase and increasing the content of the ZnFe 2 O 4 phase in the ferritic catalyst.

상기 순수의 온도는 20℃ 미만이거나 50℃를 초과하는 경우에는, 전술한 α-Fe2O3 상의 함량의 증가하여, 부텐의 산화적 탈수소화 반응시 중질유와 같은 부산물의 생성이 증가될 수 있다.When the temperature of the pure water is less than 20 ℃ or exceeds 50 ℃, the content of the above-described α-Fe 2 O 3 phase increases, the production of by-products such as heavy oil during the oxidative dehydrogenation of butene may be increased. .

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 염기성 수용액의 pH는 7 내지 12일 수 있다. 바람직하게는 pH는 7.5 내지 10일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 아연 페라이트 촉매를 안정적으로 생성하는 효과가 있다.In an exemplary embodiment of the present application, the pH of the basic aqueous solution may be 7 to 12. Preferably, the pH may be 7.5 to 10. When the above range is satisfied, there is an effect of stably generating a zinc ferrite catalyst.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 염기성 수용액은 수산화칼륨, 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 수산화나트륨 수용액, 탄산나트륨 수용액 및 암모니아수로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 염기성 수용액은 암모니아수일 수 있다. 이 경우, 아연 페라이트계 촉매의 제조과정에서, 침전이 용이하여 촉매 입자의 형성을 우수하게 하는 효과가 있다.In an exemplary embodiment of the present application, the basic aqueous solution may be at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium hydroxide aqueous solution, sodium carbonate aqueous solution and aqueous ammonia. Preferably, the basic aqueous solution may be aqueous ammonia. In this case, during the preparation of the zinc ferritic catalyst, precipitation is easy, thereby improving the formation of catalyst particles.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 염기성 수용액의 농도는 3 중량% 내지 40 중량%일 수 있고, 8 중량% 내지 20 중량%일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present application, the concentration of the basic aqueous solution may be 3 wt% to 40 wt%, and may be 8 wt% to 20 wt%.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 침전물을 얻는 단계는, 상기 전구체 용액을 상기 염기성 수용액과 접촉 후 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 교반하는 단계를 더 포함함으로써, 금속 전구체들의 침전 형성이 용이하게 되어 촉매 입자 형성이 유리하다. 상기 교반하는 단계는 상온에서 수행될 수 있고, 상기 교반하는 방법은 액상과 액상을 혼합하는 방법이라면 제한없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 교반하는 단계의 교반시간은 30분 내지 3시간일 수 있고, 1시간 내지 2시간일 수 있다.In the exemplary embodiment of the present application, the step of obtaining the precipitate may further include stirring the precursor solution after contacting it with the basic aqueous solution. By further comprising the step of stirring, the formation of precipitates of the metal precursors is facilitated, so that the formation of catalyst particles is advantageous. The stirring step may be performed at room temperature, and the stirring method may be used without limitation as long as it is a method of mixing a liquid phase and a liquid phase. In addition, the stirring time of the stirring step may be 30 minutes to 3 hours, may be 1 hour to 2 hours.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 공침시키는 단계 이후의 공침 용액의 pH는 6 내지 10 일 수 있고, 6.5 내지 9.2 일 수 있다.In an exemplary embodiment of the present application, the pH of the co-precipitation solution after the co-precipitation step may be 6 to 10, or 6.5 to 9.2.

본 출원의 일 실시상태에 따른 아연 페라이트계 촉매의 제조방법은, 건조공정 및 소성공정을 수행하여 고체 시료를 형성하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a zinc ferritic catalyst according to an exemplary embodiment of the present application includes forming a solid sample by performing a drying process and a calcination process.

종래기술과 같이 금속 전구체로서 아연 염화물 및 페라이트 염화물을 이용하는 경우에는, 공침단계 이후에 공침용액 및 침전물에 잔류하는 Cl-를 저감하기 위하여 여과공정 및 세척공정을 수행하는 것이 필수적이었다. 그러나, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 아연 페라이트계 촉매의 제조시 아연 질산염 및 페라이트 질산염을 이용함으로써, 공침단계 이후에 여과 및 세척공정을 배제할 수 있고, 이에 따라 제조공정을 간소화하여 공정비용을 절감할 수 있다.In the case of using zinc chloride and ferrite chloride as metal precursors as in the prior art, it was essential to perform a filtration process and a washing process in order to reduce Cl - remaining in the co-precipitation solution and the precipitate after the co-precipitation step. However, according to an exemplary embodiment of the present application, by using zinc nitrate and ferrite nitrate in the preparation of the zinc ferritic catalyst, filtration and washing processes can be excluded after the co-precipitation step, and thus the manufacturing process is simplified and process costs can save

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 건조공정은 공침용액을 건조트레이에 그대로 옮기고 건조기 또는 건조 오븐에서 수행될 수 있다. 상기 건조공정은 80℃ 내지 150℃의 온도에서 수행될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present application, the drying process may be performed in a dryer or a drying oven after transferring the coprecipitation solution to a drying tray as it is. The drying process may be performed at a temperature of 80 ℃ to 150 ℃.

상기 소성공정은 80℃에서 1℃/min의 속도로 승온하여, 600℃ 내지 800℃에서 5시간 내지 10시간 유지하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 소성공정은 구체적으로 600℃ 내지 700℃, 더 구체적으로는 600℃ 내지 650℃에서 소성시키는 방법을 이용할 수 있다. 상기 소성공정은 구체적으로 5시간 내지 8시간, 더 구체적으로는 5시간 내지 6시간 소성시키는 방법을 이용할 수 있다.In the firing process, a method may be used in which the temperature is raised from 80° C. at a rate of 1° C./min, and maintained at 600° C. to 800° C. for 5 to 10 hours. In the firing process, specifically, a method of firing at 600° C. to 700° C., more specifically 600° C. to 650° C. may be used. In the firing process, specifically, a method of firing for 5 to 8 hours, more specifically 5 to 6 hours may be used.

상기 소성공정은 당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 열처리 방법을 이용할 수 있고, 소성로에 1 L/min의 공기를 주입하여 수행될 수 있다.The calcination process may use a heat treatment method commonly used in the art, and may be performed by injecting air at 1 L/min into the calcination furnace.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 건조공정 및 소성공정을 수행하여 고체 시료를 형성하는 단계 이후에, 상기 고체 시료를 분쇄하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 고체 시료를 분쇄하는 단계는 고체 시료를 고운 입자로 분쇄하는 방법이라면 특별히 한정되지 않으나, 볼 밀링(ball milling)을 이용할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present application, after the drying process and the calcination process to form a solid sample, the step of pulverizing the solid sample may be further included. The step of pulverizing the solid sample is not particularly limited as long as it is a method of pulverizing the solid sample into fine particles, but ball milling may be used.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체에 고체 시료를 코팅시키는 단계는, 상기 지지체, 고체 시료 및 물을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present application, the coating of the solid sample on the support may include mixing the support, the solid sample, and water.

상기 아연 페라이트계 촉매의 총중량을 기준으로, 상기 코팅된 고체 시료의 함량은 10 중량% 내지 40 중량%일 수 있고, 12 중량% 내지 35 중량%일 수 있다. 상기 아연 페라이트계 촉매의 총중량을 기준으로, 상기 코팅된 고체 시료의 함량이 10 중량% 미만이거나 40 중량%를 초과하는 경우에는 촉매 활성의 개선효과가 미미하고, 상기 범위를 만족하는 경우에 촉매 활성을 유지하면서 촉매 강도가 개선된 아연 페라이트계 촉매를 제조할 수 있다.Based on the total weight of the zinc ferritic catalyst, the content of the coated solid sample may be 10 wt% to 40 wt%, and may be 12 wt% to 35 wt%. Based on the total weight of the zinc ferritic catalyst, when the content of the coated solid sample is less than 10% by weight or exceeds 40% by weight, the effect of improving the catalytic activity is insignificant, and when the above range is satisfied, the catalytic activity It is possible to prepare a zinc ferritic catalyst with improved catalyst strength while maintaining

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체는 알루미나, 실리카, 코데오라이트, 타이타니아, 지르코니아, 실리콘나이트 및 실리콘카바이드 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체는 알루미나인 것이 바람직하다.In the exemplary embodiment of the present application, the support may include at least one of alumina, silica, codeolite, titania, zirconia, siliconite, and silicon carbide. In an exemplary embodiment of the present application, the support is preferably alumina.

상기 지지체의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 상기 지지체는 구 형태의 알루미나일 수 있고, 이 때 직경은 2mm 내지 7mm일 수 있다.The shape of the support is not particularly limited, for example, the support may be a spherical alumina, in which case the diameter may be 2mm to 7mm.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체에 상기 고체 시료를 코팅시키는 단계 이후에, 고체 시료가 코팅된 지지체를 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 필요에 따라 건조 후 소성시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조는 실온, 50℃ 내지 150℃, 90℃ 내지 120℃ 등의 온도 조건에서 수행될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.In the exemplary embodiment of the present application, after the step of coating the solid sample on the support, drying the support on which the solid sample is coated may be further included. If necessary, it may further include a step of baking after drying. The drying may be performed under temperature conditions such as room temperature, 50°C to 150°C, 90°C to 120°C, but is not limited thereto.

또한, 본 출원의 일 실시상태는, 상기 제조방법으로 아연 페라이트계 촉매를 제조하는 단계; 및 상기 아연 페라이트계 촉매를 부텐의 산화적 탈수소화 반응에 사용하여 부타디엔을 제조하는 단계를 포함하는 부타디엔의 제조방법을 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present application comprises the steps of preparing a zinc ferritic catalyst by the above method; and using the zinc ferritic catalyst for oxidative dehydrogenation of butene to produce butadiene.

상기 산화적 탈수소화 반응은 아연 페라이트계 촉매 하에 올레핀과 산소가 반응하여 공액디엔 및 물을 생성하는 반응을 의미하고, 구체적인 예로 부텐과 산소가 반응하여 1,3-부타디엔 및 물을 생성하는 반응일 수 있다.The oxidative dehydrogenation reaction refers to a reaction in which an olefin and oxygen react to produce a conjugated diene and water under a zinc ferritic catalyst, and as a specific example, a reaction in which butene and oxygen react to produce 1,3-butadiene and water can

상기 산화적 탈수소화 반응에 사용되는 반응기는 산화적 탈수소화 반응에 사용될 수 있는 반응기인 경우 특별히 제한되지 않으나, 일례로 설치된 촉매층의 반응온도가 일정하게 유지되고 반응물이 촉매층을 연속적으로 통과하면서 산화적 탈수소화 반응이 진행되는 반응기일 수 있고, 구체적인 예로, 관형 반응기, 회분식 반응기, 유동상 반응기 또는 고정상 반응기일 수 있으며, 상기 고정상 반응기는 일례로 다관식 반응기 또는 플레이트식 반응기일 수 있다.The reactor used for the oxidative dehydrogenation reaction is not particularly limited if it is a reactor that can be used for the oxidative dehydrogenation reaction, but for example, the reaction temperature of the installed catalyst layer is maintained constant and the reactant continuously passes through the catalyst layer to perform oxidative dehydrogenation. It may be a reactor in which the dehydrogenation reaction proceeds, and as a specific example, it may be a tubular reactor, a batch reactor, a fluidized bed reactor, or a fixed bed reactor, and the fixed bed reactor may be, for example, a shell-and-tube reactor or a plate-type reactor.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 부타디엔을 제조하는 단계는, C4 유분, 스팀(steam), 산소(O2) 및 질소(N2)를 포함하는 원료를 250℃ 내지 450℃, 300℃ 내지 430℃ 또는 350℃ 내지 425℃의 반응온도에서 수행할 수 있으며, 이 범위 내에서 에너지 비용을 크게 증가시키지 않으면서 반응효율이 우수하여 부타디엔을 생산성 높게 제공할 수 있으면서도, 촉매 활성 및 안정성이 높게 유지될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, the step of preparing the butadiene is 250° C. to 450° C., 300° C. to a raw material containing C4 oil, steam, oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ) It can be carried out at a reaction temperature of 430 ° C. or 350 ° C. to 425 ° C. Within this range, the reaction efficiency is excellent without significantly increasing the energy cost, so that butadiene can be provided with high productivity, while maintaining high catalytic activity and stability can be

상기 산화적 탈수소화 반응은 일례로 노르말 부텐을 기준으로 50 내지 2000h-1, 50 내지 1500 h-1 또는 50 내지 1000 h-1의 공간속도(GHSV: Gas Hourly Space Velocity)로 수행할 수 있으며, 이 범위 내에서 반응효율이 우수하여 전환율, 선택도, 수율 등이 우수한 효과가 있다.The oxidative dehydrogenation reaction may be performed, for example, at a gas hourly space velocity (GHSV) of 50 to 2000 h -1 , 50 to 1500 h -1 or 50 to 1000 h -1 based on normal butene, Within this range, the reaction efficiency is excellent, and thus there is an excellent effect of conversion rate, selectivity, yield, and the like.

상기 C4 유분은 납사크래킹으로 생산된 C4 혼합물에서 유용한 화합물을 분리하고 남은 C4 라피네이트-1, 2, 3을 의미하는 것일 수 있으며, 에틸렌 다이머리제이션(dimerization)을 통해 얻을 수 있는 C4 류를 의미하는 것일 수 있다.The C4 fraction may refer to C4 raffinate-1, 2, and 3 remaining after separating useful compounds from the C4 mixture produced by naphtha cracking, and refers to C4 that can be obtained through ethylene dimerization may be doing

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 C4 유분은 n-부탄(n-butane), 트랜스-2-부텐(trans-2-butene), 시스-2-부텐(cis-2-butene), 및 1-부텐(1-butene)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 혼합물일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, the C4 fraction is n-butane, trans-2-butene, cis-2-butene, and 1 It may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of -butene.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 스팀(steam) 또는 질소(N2)는 산화적 탈수소화 반응에 있어서, 반응물의 폭발 위험을 줄이는 동시에, 촉매의 코킹(coking) 방지 및 반응열의 제거 등의 목적으로 투입되는 희석기체이다.According to an exemplary embodiment of the present application, the steam (steam) or nitrogen (N 2 ) in the oxidative dehydrogenation reaction, at the same time reducing the risk of explosion of reactants, prevention of coking of the catalyst and removal of reaction heat, etc. It is a diluent gas injected for the purpose.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 산소(O2)는 산화제(oxidant)로서 C4 유분과 반응하여 탈수소화 반응을 일으킨다.According to an exemplary embodiment of the present application, the oxygen (O 2 ) reacts with C4 oil as an oxidant to cause a dehydrogenation reaction.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 산화적 탈수소화 반응은 하기 반응식 1 또는 반응식 2에 따라 제조될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, the oxidative dehydrogenation reaction may be prepared according to Scheme 1 or Scheme 2 below.

[반응식 1][Scheme 1]

C4H8 + 1/2O2 → C4H6 + H2OC 4 H 8 + 1/2O 2 → C 4 H 6 + H 2 O

[반응식 2][Scheme 2]

C4H10 + O2 → C4H6 + 2H2OC 4 H 10 + O 2 → C 4 H 6 + 2H 2 O

상기 산화적 탈수소화 반응으로 부탄 또는 부텐의 수소가 제거됨으로써 부타디엔(butadiene)이 제조된다. 한편, 상기 산화적 탈수소화 반응은 상기 반응식 1 또는 2와 같은 주반응 외에, 일산화탄소(CO), 또는 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 부반응 생성물이 생성될 수 있다. 상기 부반응 생성물은 공정 내에서 지속적인 축적이 발생하지 않도록 분리되어 계 외부로 배출되는 공정을 포함할 수 있다.The oxidative dehydrogenation reaction removes hydrogen from butane or butene, thereby producing butadiene. On the other hand, in the oxidative dehydrogenation reaction, in addition to the main reaction shown in Schemes 1 or 2, side reaction products including carbon monoxide (CO) or carbon dioxide (CO 2 ) may be produced. The side reaction product may include a process of being separated and discharged to the outside of the system so that continuous accumulation does not occur in the process.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 부타디엔 제조방법에 있어서, 부텐의 전환율은 72% 이상일 수 있고, 72.5% 이상일 수 있으며, 76% 이상일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, in the method for producing butadiene, the butene conversion rate may be 72% or more, 72.5% or more, and 76% or more.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 부타디엔의 제조방법에 있어서, 부타디엔의 선택도는 80% 이상일 수 있고, 82% 이상일 수 있으며, 83% 이상일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, in the method for producing butadiene, the selectivity of butadiene may be 80% or more, 82% or more, and 83% or more.

이하, 본 출원을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 출원에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 출원의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 출원을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present application in detail. However, the embodiments according to the present application may be modified in various other forms, and the scope of the present application is not to be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The embodiments of the present application are provided to more completely explain the present application to those of ordinary skill in the art.

<실시예><Example>

<실시예 1> <Example 1>

질산아연(Zn(NO3)2·6H2O) 16.7g 및 질산철(Fe(NO3)3·9H2O) 71.06g, 25℃의 순수 155.59g을 포함하는 금속 전구체 수용액을 준비하였다. 이 때, 상기 금속 전구체 수용액 내에 포함된 금속 성분들의 몰비는 Fe : Zn = 2 : 1 이었다. 금속 전구체 수용액에 준비된 암모니아수를 첨가하면서 목표 pH(pH 6 내지 10)를 유지시켰다. 균일한 조성의 시료를 얻기 위해 교반기를 사용하여 1시간 동안 교반하며 금속 전구체 수용액과 암모니아수를 모두 첨가한 뒤, 1시간 동안 숙성시킨 다음 침전물이 형성된 용액을 건조 트레이에 옮겨 담았다.A metal precursor aqueous solution containing 16.7 g of zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O), 71.06 g of iron nitrate (Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O), and 155.59 g of pure water at 25°C was prepared. At this time, the molar ratio of the metal components included in the metal precursor aqueous solution was Fe:Zn=2:1. A target pH (pH 6 to 10) was maintained while adding aqueous ammonia to the aqueous metal precursor solution. To obtain a sample of uniform composition, both the aqueous metal precursor solution and ammonia water were added while stirring for 1 hour using a stirrer, and then aged for 1 hour, and then the solution in which the precipitate was formed was transferred to a drying tray.

건조 오븐 90℃에서 16시간 동안 건조시킨 뒤, 건조된 공침물을 소성로에 넣어 650℃에서 6시간 동안 열처리하여 아연 페라이트 촉매를 제조하였다. ZnFe2O4 분말을 수득하였다. 수득된 분말을 분쇄하고 45㎛ 이하의 크기를 갖도록 체거름법으로 선별하였다.After drying in a drying oven at 90° C. for 16 hours, the dried coprecipitate was put into a kiln and heat-treated at 650° C. for 6 hours to prepare a zinc ferrite catalyst. ZnFe 2 O 4 powder was obtained. The obtained powder was pulverized and screened by a sieve method to have a size of 45 μm or less.

상기 페라이트계 촉매를 직경이 4mm 내지 6mm의 볼 형태의 알루미나 지지체 및 물과 함께 회전체인 코팅기에 투입하여 혼합함으로써 페라이트계 코팅 촉매를 제조하였다. 코팅된 촉매의 건조는 90℃ 내지 120℃ 온도 조건에서 12시간 동안 진행하였다.A ferritic coating catalyst was prepared by mixing the ferritic catalyst with an alumina support in the form of a ball having a diameter of 4 mm to 6 mm and water in a rotating body coating machine. Drying of the coated catalyst was carried out at a temperature of 90°C to 120°C for 12 hours.

<실시예 2><Example 2>

30℃의 순수를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 30° C. pure water was used.

<실시예 3><Example 3>

45℃의 순수를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that 45° C. pure water was used.

<비교예 1><Comparative Example 1>

15℃의 순수를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that 15° C. pure water was used.

<비교예 2><Comparative Example 2>

60℃의 순수를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that pure water at 60° C. was used.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 및 비교예에서 제조한 아연 페라이트계 촉매에 대하여, XRD(X-ray diffraction) 분석을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 보다 구체적으로 제조한 아연 페라이트계 촉매 내에서, 아연 페라이트(ZnFe2O4) 결정 구조의 함량과 알파 페라이트(α-Fe2O3) 결정 구조의 함량을 하기 표 1에 나타내었다.For the zinc ferritic catalysts prepared in Examples and Comparative Examples, XRD (X-ray diffraction) analysis was performed, and the results are shown in Table 1 below. More specifically, in the prepared zinc ferritic catalyst, the content of the zinc ferrite (ZnFe 2 O 4 ) crystal structure and the content of the alpha ferrite (α-Fe 2 O 3 ) crystal structure are shown in Table 1 below.

상기 XRD 분석은 X-선 회절 분석기(Bruker AXS D4-Endeavor XRD)를 이용하여 측정하였고, 인가전압(40kV), 인가전류(40mA)의 분석조건으로 수행하였으며, Cu target을 사용하여 측정한 2theta의 범위는 20° 내지 80°이고, 0.05° 간격으로 스캔하여 측정하였다.The XRD analysis was measured using an X-ray diffraction analyzer (Bruker AXS D4-Endeavor XRD), and the analysis conditions of applied voltage (40kV) and applied current (40mA) were used. The range was 20° to 80°, and measurements were made by scanning at 0.05° intervals.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 1의 결과와 같이, 본 출원의 일 실시상태에 따르면 아연 페라이트(ZnFe2O4) 결정 구조의 함량을 증가시킬 수 있고 알파 페라이트(α-Fe2O3) 결정 구조의 함량을 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in Table 1 above, according to an exemplary embodiment of the present application, the content of the zinc ferrite (ZnFe 2 O 4 ) crystal structure can be increased and the content of the alpha ferrite (α-Fe 2 O 3 ) crystal structure can be reduced. It can be confirmed that

<실험예 2><Experimental Example 2>

반응물로 C4 유분과 산소를 사용하였고, 부가적으로 질소와 스팀이 함께 유입되도록 하였다. 반응 조성은 C4 유분을 기준으로 산소, 질소, 스팀의 몰비는 각각 0.67, 2.67, 5 이다. 반응은 360℃, GHSV=120h-1, OBR=0.67, SBR=5, NBR=2.67의 조건 하에서 진행되었다. 반응기로는 금속 관형 고정층 반응기를 사용하였다. 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매 200cc를 고정층 반응기에 충전하였으며, 스팀은 물의 형태로 주입되되, 기화기(vaporizer)를 이용해 120℃에서 스팀으로 기화되어 반응물인 부텐 혼합물 및 산소와 함께 혼합되어 반응기에 유입되도록 하였다. 반응 후 생성물은 가스 크로마토그래피(GC)를 이용하여 분석하였으며, 부텐 전환율, 부타디엔 선택도, 부타디엔 수율 및 중질유 선택도는 가스 크로마토그래피로 측정된 결과를 이용하여 계산하였다.C4 fraction and oxygen were used as reactants, and nitrogen and steam were additionally introduced together. In the reaction composition, the molar ratios of oxygen, nitrogen, and steam based on the C4 fraction were 0.67, 2.67, and 5, respectively. The reaction was carried out under the conditions of 360° C., GHSV=120h -1 , OBR=0.67, SBR=5, NBR=2.67. A metal tubular fixed bed reactor was used as the reactor. 200cc of the catalyst prepared in Examples and Comparative Examples was charged in a fixed bed reactor, steam was injected in the form of water, and was vaporized to steam at 120° C. using a vaporizer. was allowed to enter. After the reaction, the product was analyzed using gas chromatography (GC), and butene conversion, butadiene selectivity, butadiene yield and heavy oil selectivity were calculated using the results measured by gas chromatography.

GHSV: Gas Hourly Space VelocityGHSV: Gas Hourly Space Velocity

OBR: O2/butene molar ratioOBR: O 2 /butene molar ratio

SBR: Steam/butene molar ratioSBR: Steam/butene molar ratio

NBR: N2/butene molar ratioNBR: N 2 /butene molar ratio

<GC 분석 조건><GC analysis conditions>

1) Column: HP-1(100m × 350㎛ × 0.5㎛)1) Column: HP-1 (100m × 350㎛ × 0.5㎛)

2) Injection volume: 1㎕2) Injection volume: 1 μl

3) Inlet Temp.: 280℃, Pressure: 36.2psi, Total flow: 33.5 ml/min, Split flow: 60 ml/min, spilt ratio: 10:13) Inlet Temp.: 280℃, Pressure: 36.2psi, Total flow: 33.5 ml/min, Split flow: 60 ml/min, spilt ratio: 10:1

4) Column flow: 1.42 ml/min4) Column flow: 1.42 ml/min

5) Oven temp.: 50℃/15min-10℃/min-260℃/18min (Total 52min)5) Oven temp.: 50℃/15min-10℃/min-260℃/18min (Total 52min)

6) Detector temp.: 280℃, H2: 35 ml/min, Air: 300 ml/min, He: 20 ml/min6) Detector temp.: 280℃, H 2 : 35 ml/min, Air: 300 ml/min, He: 20 ml/min

7) GC Model: Agilent 68907) GC Model: Agilent 6890

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 결과와 같이, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 아연 페라이트계 촉매의 제조시 아연 질산염 및 페라이트 질산염을 이용함으로써, 공침단계 이후에 여과 및 세척공정을 배제할 수 있고, 이에 따라 제조공정을 간소화하여 공정비용을 절감할 수 있다.As described above, according to an exemplary embodiment of the present application, by using zinc nitrate and ferrite nitrate in the preparation of a zinc ferritic catalyst, filtration and washing processes can be excluded after the co-precipitation step, thereby simplifying the manufacturing process This can reduce the process cost.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 종래기술과 같이 아연 염화물 및 페라이트 염화물을 적용하지 않으므로, Cl-와 같은 부식성 물질의 배출을 감소시킬 수 있는 특징이 있다.In addition, according to an exemplary embodiment of the present application, since zinc chloride and ferrite chloride are not applied as in the prior art, there is a feature that can reduce the emission of corrosive substances such as Cl - .

특히, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 아연 페라이트계 촉매의 제조시 아연 질산염 및 페라이트 질산염을 이용하고, 공침시키는 단계의 순수의 온도를 20℃ 내지 50℃로 조절함으로써, 부텐의 전환율 및 부타디엔의 선택도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부산물인 중질유(heavies)의 생성량을 감소시킬 수 있다. 또한, 부텐의 전환율, 부타디엔의 선택도, 부타디엔의 수율, 및 부산물인 중질유(heavies)의 생성량을 종합적으로 고려하는 경우에는, 상기 순수의 온도가 25℃ 내지 30℃인 것이 보다 바람직하다.In particular, according to an exemplary embodiment of the present application, by using zinc nitrate and ferrite nitrate in the preparation of a zinc ferritic catalyst, and controlling the temperature of the pure water in the coprecipitation step to 20° C. to 50° C., the butene conversion rate and butadiene It is possible to improve selectivity as well as reduce the amount of heavy oil (heavies) produced as a by-product. In addition, when the conversion of butene, the selectivity of butadiene, the yield of butadiene, and the amount of heavy oil as a by-product are comprehensively considered, it is more preferable that the temperature of the pure water is 25° C. to 30° C.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims and the detailed description of the invention, and this also falls within the scope of the invention. .

Claims (10)

아연 전구체, 페라이트 전구체 및 순수를 포함하는 전구체 수용액을 염기성 수용액과 접촉시켜 공침시키는 단계;
건조공정 및 소성공정을 수행하여 고체 시료를 형성하는 단계; 및
지지체에 상기 고체 시료를 코팅시키는 단계를 포함하고,
상기 아연 전구체는 아연 질산염을 포함하고, 상기 페라이트 전구체는 페라이트 질산염을 포함하며,
상기 공침시키는 단계의 순수의 온도는 20℃ 내지 50℃인 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.
co-precipitating an aqueous precursor solution containing a zinc precursor, a ferrite precursor, and pure water into contact with a basic aqueous solution;
forming a solid sample by performing a drying process and a firing process; and
coating the solid sample on a support;
The zinc precursor includes zinc nitrate, the ferrite precursor includes ferrite nitrate,
The temperature of the pure water in the co-precipitation step is a method for producing a zinc ferritic catalyst that is 20 ℃ to 50 ℃.
청구항 1에 있어서, 상기 아연 질산염은 질산아연(Zn(NO3)2·6H2O)인 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the zinc nitrate is zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O). 청구항 1에 있어서, 상기 페라이트 질산염은 질산철(Fe(NO3)3·9H2O)인 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ferrite nitrate is iron nitrate (Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O). 청구항 1에 있어서, 상기 염기성 수용액은 수산화칼륨, 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 수산화나트륨 수용액, 탄산나트륨 수용액 및 암모니아수로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the basic aqueous solution is at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium hydroxide aqueous solution, sodium carbonate aqueous solution and aqueous ammonia solution. 청구항 1에 있어서, 상기 건조공정 및 소성공정을 수행하여 고체 시료를 형성하는 단계 이후에, 상기 고체 시료를 분쇄하는 단계를 추가로 포함하는 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, further comprising the step of pulverizing the solid sample after the step of forming the solid sample by performing the drying process and the calcination process. 청구항 1에 있어서, 상기 아연 페라이트계 촉매의 총중량을 기준으로, 상기 코팅된 고체 시료의 함량은 10 중량% 내지 40 중량%인 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, wherein, based on the total weight of the zinc ferritic catalyst, the content of the coated solid sample is 10 wt% to 40 wt%. 청구항 1에 있어서, 상기 지지체는 알루미나, 실리카, 코데오라이트, 타이타니아, 지르코니아, 실리콘나이트 및 실리콘카바이드 중 1종 이상을 포함하는 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the support comprises at least one of alumina, silica, codeolite, titania, zirconia, siliconite and silicon carbide. 청구항 1에 있어서, 상기 지지체에 고체 시료를 코팅시키는 단계는, 상기 지지체, 고체 시료 및 물을 혼합하는 단계를 포함하는 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the coating of the solid sample on the support comprises mixing the support, the solid sample, and water. 청구항 1에 있어서, 상기 지지체에 상기 고체 시료를 코팅시키는 단계 이후에, 고체 시료가 코팅된 지지체를 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 아연 페라이트계 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, wherein after the step of coating the solid sample on the support, the method for producing a zinc ferritic catalyst further comprising drying the support on which the solid sample is coated. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 제조방법으로 아연 페라이트계 촉매를 제조하는 단계; 및
상기 아연 페라이트계 촉매를 부텐의 산화적 탈수소화 반응에 사용하여 부타디엔을 제조하는 단계
를 포함하는 부타디엔의 제조방법.
10. A method for preparing a zinc ferritic catalyst according to any one of claims 1 to 9; and
Preparing butadiene by using the zinc ferritic catalyst for oxidative dehydrogenation of butene
A method for producing butadiene comprising a.
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