KR960003796B1 - Regeneration of heteropolyacid waste catalysts - Google Patents

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KR960003796B1
KR960003796B1 KR1019930006149A KR930006149A KR960003796B1 KR 960003796 B1 KR960003796 B1 KR 960003796B1 KR 1019930006149 A KR1019930006149 A KR 1019930006149A KR 930006149 A KR930006149 A KR 930006149A KR 960003796 B1 KR960003796 B1 KR 960003796B1
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heteropolyacid
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KR1019930006149A
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백행남
이정호
이기화
신현관
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재단법인 한국화학연구소
강박광
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Abstract

This relates to regeneration of waste heteropolyacid catalyst. The method comprises :1)removing hydrocarbon deposited on the nonactivated catalyst by treating it with mixture stream of oxygen and nitrogen, and reoxidation; 2)making the catalyst slurry adding the purified water; 3)adding 0.5-4mol phosphoric acid and refluxing it with oxygen stream for 2-100hrs; 4)adding oxalic acid, its salt or mixture of heterocyclic compd, and refluxing for 2-50hrs; 5)stirring the slurry at room temp for 1-10hrs, filtering and washing; and 6)drying and molding.

Description

헤테로폴리산계 폐촉매의 새로운 재생방법New Regeneration Method of Heteropoly Acid-Based Waste Catalyst

본 발명은 메타크릴산을 제조하기 위해 메타크롤레인의 기상 산화반응 및 이소부틸알데히드와 이소부틸산의 기상산화 탈수소반응, 이소부탄의 산화반응 등에 장시간 사용되어 활성을 잃은 헤테로폴리산계 폐촉매의 새로운 재생방법에 관한 것이다.The present invention is a new regeneration of a heteropolyacid-based waste catalyst that has been deactivated for a long time, such as gas phase oxidation reaction of methacrolein, gas phase oxidation dehydrogenation reaction of isobutylaldehyde and isobutyl acid, oxidation reaction of isobutane, etc. to prepare methacrylic acid. It is about a method.

인과 몰리브덴을 기본성분으로 한 헤테로폴리산계 촉매는 특유의 강한 산특성과 산화능 때문에 메타크롤레인의 기상 산화반응과 이소부틸알데히드, 이소부틸산의 산화탈수소반응, 이소부탄의 산화반응등에서 높은 촉매활성을 나타낸다.Heteropolyacid catalysts based on phosphorus and molybdenum show high catalytic activity in gas phase oxidation of methacrolein, oxidative dehydrogenation of isobutyl aldehyde, isobutyl acid, and oxidation of isobutane due to their strong acid properties and oxidative capacity. .

그러나 포스포몰리브덴산 자체는 열안정성이 나쁘기 때문에 열화를 입기 쉽고, 강한 산화능 때문에 쉽게 환원되며, 용액상태의 낮은 온도에서는 결정화하는 성질이 강한 반면 150℃ 이상에서는 결정수가 유리되고 입자간 응집력이 극히 미약해져 쉽게 파쇄되기 때문에 성형성이 극히 나쁘다는 단점이 있다.However, phosphomolybdic acid itself is susceptible to deterioration due to poor thermal stability, and is easily reduced due to strong oxidation ability, while crystallization is strong at low temperatures in solution, while crystal water is released and the cohesion between particles is extremely low. There is a disadvantage in that moldability is extremely bad because it is weak and easily broken.

따라서, 여러 금속들을 조합하고, 촉매의 물리, 화학적 특성을 조절하여 촉매의 성능 개량을 시도한 기술들이 다음의 특허문헌들에 제시되어 있다.(예, 미국특허 4,042,625, 4,272,408, 일본공개특허공보 82-32734, 82-12830, 83-74142, 83-166938, 84-66349, 86-5043, 86-76436, 88-167152, 89-119942, 92-16242, 한국특허 36019, 36020, 유럽특허 0043100 등).Therefore, techniques for combining various metals and attempting to improve the performance of the catalyst by adjusting the physical and chemical properties of the catalyst are proposed in the following patent documents. (E.g., U.S. Patent 4,042,625,4,272,408, Japanese Patent Application Laid-Open No. 82- 32734, 82-12830, 83-74142, 83-166938, 84-66349, 86-5043, 86-76436, 88-167152, 89-119942, 92-16242, Korean Patent 36019, 36020, European Patent 0043100 and the like).

상기 특허에 명시된 촉매를 일반화하여 표현하면 식(1)과 같다.Generalized expression of the catalyst specified in the patent is represented by the formula (1).

(XaCubYc)(P1+dAse)(Mo12VfWg)Ohㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)(X a Cu b Y c ) (P 1 + d As e ) (Mo 12 V f W g ) O h .

상기식에서, Cu, P, As, Mo, V, W, O는 각각 구리, 인, 비소, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 산소를 나타내며, X는 세슘, 루비듐, 칼륨, 탈륨 중에서 선택된 적어도 한가지 이상의 원소이고, Y는 비스무트, 안티몬, 주석, 크롬, 은, 팔라듐, 납, 칼슘, 바륨, 마그네슘, 텔루르, 셀레늄, 스트론튬, 코발트, 지르코늄, 게르마늄, 암모늄, 피리디늄이온 중에서 선택된 원소를 나타낸다.Wherein Cu, P, As, Mo, V, W, O represent copper, phosphorus, arsenic, molybdenum, vanadium, tungsten, oxygen, and X is at least one element selected from cesium, rubidium, potassium, thallium , Y represents an element selected from bismuth, antimony, tin, chromium, silver, palladium, lead, calcium, barium, magnesium, tellurium, selenium, strontium, cobalt, zirconium, germanium, ammonium and pyridinium ion.

일반식 (1)에서 소괄호는 12-헤테로폴리산 촉매계의 특성을 조직적으로 나타내기 위해 표시한 것이며, 첫번째 소괄호는 12-포스포몰리브덴산 음이온의 상대양이온인 프로톤이 다른 금속들로 일부 치환된 것을 의미하고, 두번째 소괄호는 중심원소인 인과 비소에 의한 인의 일부 치환을, 세번째 소괄호는 축합원소인 몰리브덴과 바나듐, 텅스텐에 의한 몰리브덴의 일부 치환을 표시하고 있다.The parentheses in the formula (1) are shown to systematically indicate the properties of the 12-heteropolyacid catalyst system, the first parenthesis means that the proton, the relative cation of the 12-phosphomolybdate anion, is partially substituted with other metals. The second parenthesis indicates some substitution of phosphorus by the central element phosphorus and arsenic, and the third parenthesis indicates some substitution of molybdenum by the condensation elements molybdenum, vanadium and tungsten.

상기 (1)식에서 a, b, c, d, e, f, g 및 h는 각 원소의 원자비를 나타내는데, 몰리브덴의 조성이 12일때 a는 0.5에서 2이고, b는 0.05에서 1이며, c는 0에서 2의 값을 갖고 a+b+c는 3+f 이하의 값을 갖는다. d는 0에서 2이고, e는 0에서 1이며, f와 g는 0에서 3의 값을 갖고 h는 원자가를 맞추기 위하여 필요한 값을 갖는다.In the above formula (1), a, b, c, d, e, f, g and h represent the atomic ratios of each element. When molybdenum composition is 12, a is 0.5 to 2, b is 0.05 to 1, c Has a value from 0 to 2 and a + b + c has a value less than or equal to 3 + f. d is from 0 to 2, e is from 0 to 1, f and g have values from 0 to 3, and h has the necessary values to match valences.

일반식(1)로 표현되는 헤테로폴리산의 특성을 개량한 촉매는 메타크롤레인의 산화반응 및 이소부틸알데히드, 이소부틸산의 산화탈수소반응등에 비교적 좋은 활성을 보이지만 반응시간이 경과함에 따라 점차 활성이 저하되고 최종적으로 더 이상 촉매로서 가치가 없는 폐촉매로서 남게 된다.Catalysts having improved properties of heteropolyacids represented by the general formula (1) show relatively good activity in the oxidation reaction of methacrolein and the oxidative dehydrogenation reaction of isobutylaldehyde and isobutyl acid, but the activity gradually decreases as the reaction time passes. And ultimately remain as spent catalyst that is no longer valuable as a catalyst.

이것은 궁극적으로 헤테로폴리산 자체의 물리,화학적 특성에 기인되는 것으로, 비활성화 원인으로는 촉매입자내에서의 탄화수소 침착과 촉매가 열화를 입어 포스포몰리브덴산 및 그 염이 삼산화몰리브덴과 산화인으로 분해되는 것, 촉매의 기본입자가 소결되어 비표면적이 현격히 줄어드는 것, 일부 성분의 표면이동으로 성분분리가 이루어지는 것 등이 알려지고 있다.This is ultimately due to the physical and chemical properties of the heteropolyacid itself. The deactivation is caused by the deposition of hydrocarbons in the catalyst particles and the degradation of the catalyst resulting in the decomposition of phosphomolybdic acid and its salts into molybdenum trioxide and phosphorus oxide, It is known that the basic particles of the catalyst are sintered and the specific surface area is greatly reduced, and that the component separation is performed by the surface movement of some components.

비활성화된 폐촉매를 재생시키는 방법으로서 공지된 기술중에서 반응기에 촉매가 충전되어 있는 상태에서 재생시키는 방법으로 유럽특허 384,755에서는 200-500℃로 유지되고 있는 촉매중에 스팀을 포함한 공기 또는 산소를 가하여 처리하는 방법으로 재생시키고 있으며, 일본공개특허공보 81-91,846에서는 산화제로 질소산화물을 써서 재생시키고 있다.As a method of regenerating an inactivated waste catalyst, a method of regenerating a catalyst while the catalyst is charged in a known technique is performed by adding air or oxygen including steam to a catalyst maintained at 200-500 ° C. in European Patent 384,755. In the Japanese Patent Application Laid-Open No. 81-91,846, nitrogen oxide is used as an oxidizing agent for regeneration.

반응기로부터 회수된 폐촉매를 재생시키는 공지된 방법으로는 한국특허공보 88-5965에서는 암모니아수와 질소헤테로고리 화합물 및/또는 아민 및/또는 탄산암모늄을 함유하는 수용액으로 처리하고 건조, 소성시키는 방법으로, 영국특허 2,029,719에서는 암모니아수와 함께 과산화수소 및/또는 오존으로 처리한 후 질산암모늄을 가해서 처리하는 방법으로, 일본공개특허공보 81-163,755에서는 촉매수용액에 공기를 가하면서 장시간 환류시킨 후, 증발, 건조하는 방법으로 촉매를 재생시키고 있다.As a known method for regenerating the waste catalyst recovered from the reactor, Korean Patent Publication No. 88-5965 is a method of treating with an aqueous solution containing ammonia water, nitrogen heterocyclic compounds and / or amines and / or ammonium carbonate, drying and calcining, In British Patent No. 2,029,719, a method of treating hydrogen peroxide and / or ozone with ammonia water followed by adding ammonium nitrate, and in Japanese Patent Laid-Open No. 81-163,755, refluxing for a long time while adding air to the catalyst aqueous solution, and then evaporating and drying the same. The catalyst is being regenerated.

상기의 공지된 방법들중에서 촉매를 반응기에 충전시켜 둔 상태에서 공기, 산소, 산화질소등의 기체를 흘려보내면서 가열처리하여 재생시키는 것은 일시적으로 촉매의 활성이 증가되는 것일 뿐, 완벽한 촉매의 재생기술은 되지 못한다. 이것은, 촉매의 비활성화가 촉매성분의 환원 및 입자내에서의 탄화수소의 침착에 기인되는 것보다 그 상태에서는 재생 불가능한 물리,화학적 특성 변화에 더 큰 원인이 있기 때문이다.Among the known methods, the regeneration by heating the catalyst while flowing the gas such as air, oxygen, nitrogen oxide, etc. while the catalyst is charged in the reactor is only a temporary increase in the activity of the catalyst, and complete regeneration of the catalyst. It doesn't work. This is because the deactivation of the catalyst is more likely to be caused by changes in physical and chemical properties that are not renewable in that state than due to the reduction of the catalyst component and the deposition of hydrocarbons in the particles.

따라서 활성이 심하게 감소된 폐촉매를 반응기로부터 회수하여 재생시킬려는 것으로서 이 방법으로 공지된 특허기술은 침착된 탄화수소의 탈탄소 및 환원된 성분의 재산화, 그리고 열분해 때문에 생긴 산화몰리브덴의 처리기술로 요약된다.Thus, a patented technique known as this method for recovering and regenerating a waste catalyst with severely reduced activity from the reactor is summarized as a technique for the treatment of molybdenum oxide resulting from the decarbonization of the deposited hydrocarbons and the reoxidation of the reduced components and thermal decomposition. do.

상기한 기술중 탈탄소 및 재산화는 필수적인 과정이나 산화몰리브덴을 처리하는 공지된 기술은 암모니아수를 사용하여 삼산화몰리브덴을 몰리브덴산의 암모늄 형태로 용해시켜 제거하거나 포스포몰리브덴산의 암모늄염을 만들자는 것으로, 산화몰리브덴이나 몰리브덴산 및 그 염으로부터 포스포몰리브덴산 및/또는 염촉매를 제조하는 일반적인 방법이기는 하나 소량의 삼산화몰리브덴을 용해시키기 위해서 사용되는 과량의 암모니아는 포스포몰리브덴산의 암모늄염을 형성하므로써 촉매 선택성을 높히는데 한계를 부여한다.Among the above techniques, decarbonization and reoxidation are essential processes, but a known technique for treating molybdenum oxide is to dissolve and remove molybdenum trioxide in the form of ammonium of molybdate by using ammonia water, or to make ammonium salt of phosphomolybdate, Although a common method for the preparation of phosphomolybdic acid and / or salt catalysts from molybdenum oxide or molybdic acid and salts thereof, the excess ammonia used to dissolve small amounts of molybdenum trioxide provides catalyst selectivity by forming ammonium salts of phosphomolybdic acid. Limit the increase.

이것은 많은 특허에 (유럽특허 0043100, 일본 공개특허 공보 82-12830, 84-66349, 89-119942, 92-16242, 한국특허 36019, 36020) 공지된대로, 촉매의 선택성을 높히기 위해서는 헤테로폴리산의 이차구조가 중요하며, 활성구조를 갖는 이차구조로 유도하기 위해서 피리딘, 피페라진, 피페리딘, 피리미딘등의 유기질 소헤테로고리 화합물을 침전제로 사용하게 되는데, 헤테로폴리산의 암모늄염이 일차적으로 생성되면 질소헤테로고리 화합물과 양이온교환이 일어나지 않기 때문에 최적의 활성구조로 유도할 수 없다.This is known to many patents (European Patent 0043100, Japanese Patent Application Laid-Open No. 82-12830, 84-66349, 89-119942, 92-16242, Korean Patent 36019, 36020). It is important to use organic small heterocyclic compounds such as pyridine, piperazine, piperidine, pyrimidine, etc. as a precipitant to induce a secondary structure having an active structure. When the ammonium salt of heteropoly acid is produced first, the nitrogen heterocyclic compound is used. Since over cation exchange does not occur, it cannot be led to an optimal active structure.

한국특허공보 88-5965에서와 같이 암모니아와 질소헤테로고리 화합물을 함유하는 수용액으로 처리하더라도 암모늄염이 우선적으로 생기게 된다.Ammonium salt is preferentially generated even when treated with an aqueous solution containing ammonia and nitrogen heterocyclic compounds as in Korean Patent Publication No. 88-5965.

또한, 암모니아로 처리하게 되면, 촉매의 재산화력을 높히기 위해서 필수성분으로 첨가된 구리를 포함하여 알칼리용해성 성분들이 수용액에 용해되기 때문에 증발, 건조시에 균일한 성분 분포를 갖는 촉매를 만들기가 어렵고, 촉매의 성형시에도 많은 제한조건을 갖게 한다. 예를 들어, 재생과정에서 얻어진 슬러리로부터 원하는 조성을 갖는 분말을 얻기 위해서는 농축한 케이크를 그대로 건조하거나 분사 건조할 수 밖에 없고, 이때 수용성 성분이 입자표면으로 이동되는 것을 피할 수 없다.In addition, when treated with ammonia, it is difficult to make a catalyst having a uniform distribution of components during evaporation and drying because alkali-soluble components, including copper added as an essential component to increase the reoxidation power of the catalyst, are dissolved in an aqueous solution. There are also many limitations in the formation of the catalyst. For example, in order to obtain a powder having a desired composition from the slurry obtained in the regeneration process, the concentrated cake may be dried or spray dried as it is, and at this time, the water-soluble components may not be transported to the particle surface.

성구기나 압출기를 사용하여 촉매를 성형할 때도 같은 현상이 일어나기 때문에 균일한 조성을 갖는 성형된 촉매를 만들기가 어렵다.The same phenomenon occurs when molding a catalyst using a penis or extruder, making it difficult to produce a molded catalyst having a uniform composition.

이러한 성분의 편재화는 촉매의 선택성을 떨어뜨리며, 반응시 국소고온점(hot-spot)의 유발점으로 작용하고, 촉매성분의 분리 및 재결정화를 가속화시키기 때문에 촉매의 비활성화를 촉진시켜 재생된 촉매의 수명을 짧게 할 수 있다. 더욱이 포스포몰리브덴산 자체가 알카리상태에서 분해되기 때문에 암모니아로 처리하면 재생과정을 더 어렵게 할 수 있고, 촉매성능을 떨어뜨릴 수 있다.Localization of these components lowers the selectivity of the catalyst, acts as a hot spot in the reaction, and accelerates the deactivation and recrystallization of the catalyst components, thereby promoting deactivation of the catalyst. It can shorten the life. Furthermore, since phosphomolybdic acid itself decomposes in an alkaline state, treatment with ammonia can make the regeneration process more difficult and degrade the catalytic performance.

그 외, 폐촉매의 재생은 상기한 바와 같이 비활성화 원인의 어느 한 부분의 처리로서는 소기의 목적을 달성할 수 없는데, 공지된 특허기술은 종합적인 처리기술이 되지 못하는 단점들이 있었다.In addition, the regeneration of the spent catalyst cannot achieve its intended purpose by treatment of any part of the cause of deactivation as described above, but there are disadvantages in that the known patent technology does not become a comprehensive treatment technology.

따라서, 본 발명의 목적은 메타크롤레인의 기상산화반응 및 이소부틸알데히드, 이소부틸산의 산화탈수소 반응등에 장시간 사용하여 비활성화된 헤테로폴리산계 폐촉매를 원래의 촉매와 거의 동일한 성능을 발휘하도록 하는 종합적인 재생방법을 제공하는데 있으며, 본 발명의 요지는 폐촉매를 인산과 산화제로 처리하므로써 열분해 생성물인 삼산화몰리브덴을 헤테로폴리산화 하고, 환원된 성분을 재산화시키며, 옥살산 및/또는 그 염과 질소헤테로고리 화합물의 혼합침전제를 사용하므로써 모든 활성성분을 불용성상태로 만들어 성분분포가 균일한 슬러리액을 만들고 이것을 여과, 수세하여 과량의 인산과 불필요한 성분들을 제거한 후 건조, 성형하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a comprehensive system for the use of inert heteropolyacid-based waste catalysts for a long time in the gas phase oxidation reaction of methacrolein and the oxidative dehydrogenation reaction of isobutyl acid, and the like to achieve almost the same performance as the original catalyst. The present invention provides a regeneration method, wherein the present invention treats a waste catalyst with phosphoric acid and an oxidizing agent to heteropolyoxidize pyrolysis product molybdenum trioxide, reoxidize a reduced component, oxalic acid and / or its salt and nitrogen heterocyclic compound. By mixing all the active ingredients to make the active ingredient insoluble state, make a slurry liquid with a uniform component distribution, filter and wash it, remove excess phosphoric acid and unnecessary components, and dry and shape.

본 발명에 따른 재생방법을 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The regeneration method according to the present invention will be described in more detail as follows.

활성을 잃은 폐촉매를 반응상태에서 산소와 질소 수증기의 혼합가스로 처리함으로써 촉매입자내에 침착된 탄화수소를 제거하고 동시에 환원된 촉매성분을 충분히 재산화시킨 후, 반응기에서 회수한다.The waste catalyst which has lost activity is treated with a mixed gas of oxygen and nitrogen steam in the reaction state to remove hydrocarbons deposited in the catalyst particles and at the same time sufficiently reoxidize the reduced catalyst component and recover it in the reactor.

상기 과정은 폐촉매 처리시 후처리과정을 쉽게 하기 위한 것이다. 폐촉매 입자에 증류수를 가하면 성형되어 있는 촉매입자는 쉽게 슬러리화 한다. 슬러리액은 여과하거나 또는 그대로 재생처리 할 수 있는데, 이것은 촉매제조시 사용되는 담체(혹은 분산제)의 크기에 따른다.The above process is to facilitate the post-treatment process in the waste catalyst treatment. When distilled water is added to the spent catalyst particles, the formed catalyst particles are easily slurried. The slurry liquid can be filtered or recycled as is, depending on the size of the carrier (or dispersant) used in the preparation of the catalyst.

보통, 헤테로폴리산 촉매를 성형하는데 반응성을 조절하고 열특성을 개량하기 위해 고온으로 처리한 실리카나 알루미나를 5-50중량% 만큼 사용하게 되는데, 사용되는 실리카나 알루미나 입자의 크기가 50메쉬 이하일 경우에는 그대로 재생처리하고, 그 이상의 큰 입자를 사용했을 때는 일단 담체(혹은 분산제)를 분리한후, 처리하는 것이 바람직하다.Usually, 5-50% by weight of silica or alumina treated at high temperature is used to control the reactivity and improve the thermal properties in forming the heteropolyacid catalyst. When the size of the silica or alumina particles used is 50 mesh or less, When regeneration is carried out and larger particles are used, it is preferable that the carrier (or dispersant) be separated and then treated.

슬러리액에 열분해에 의해서 생긴 삼산화몰리브덴을 기준하여 0.05-20몰 바람직하게는 0.1-10몰, 또는 단순히 헤테로폴리산 대비 0.5-4몰 바람직하게는 0.5-2몰에 해당되는 인산을 가하고, 공기 또는 산소를 기포화하여 흘려보내면서 2-100시간 바람직하게는 10-30시간 동안 환류시킨다.To the slurry liquid is added phosphoric acid corresponding to 0.05-20 mol, preferably 0.1-10 mol, or simply 0.5-4 mol, preferably 0.5-2 mol, based on molybdenum trioxide produced by pyrolysis, and air or oxygen The mixture is refluxed for 2-100 hours, preferably 10-30 hours, while bubbling and flowing.

이때, 과산화수소나 오존, 또는 질산이나 브롬, 포스포몰리브덴산등의 산화제를 가하여 환원된 촉매성분을 산화시킬 수 있다.At this time, the reduced catalyst component may be oxidized by adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide or ozone, nitric acid, bromine or phosphomolybdic acid.

사용되는 포스포몰리브덴산의 양은 반응중에 포스포몰리브덴산이 승화되거나, 열분해되어 생긴 삼산화몰리브덴이 승화되어 촉매로부터 소진된 양을 측정하여 정량적으로 가한다. 여기에 옥살산 또는 그 염 및 질소헤테로고리 화합물의 혼합물을 가하고 2-50시간, 바람직하게는 4-20시간 동안 환류시킨다.The amount of phosphomolybdic acid used is quantitatively measured by measuring the amount of phosphomolybdic acid sublimed during the reaction, or the amount of phosphomolybdenum trioxide resulting from thermal decomposition and sublimation from the catalyst. To this is added a mixture of oxalic acid or a salt thereof and a nitrogen heterocyclic compound and refluxed for 2-50 hours, preferably 4-20 hours.

옥살산 또는 그 염은 포스포몰리브덴산에 대해서, 0.1-3몰 바람직하게는 0.3-1몰을, 질소헤테로고리 화합물은 1-10몰, 바람직하게는 3-6몰을 사용한다. 이후 슬러리액을 실온에서 1-10시간, 바람직하게는 2-6시간 동안 교반한 후 여과하고 탈이온수로 세정한다. 세정된 케이크는 50-200℃ 사이에서 건조한 후 성형하거나 적당히 수분을 날려보내고 압출법으로 성형할 수 있다.Oxalic acid or its salt is preferably 0.1-3 mol, preferably 0.3-1 mol, and nitrogen heterocyclic compound 1-10 mol, preferably 3-6 mol, relative to phosphomolybdic acid. The slurry solution is then stirred at room temperature for 1-10 hours, preferably 2-6 hours, filtered and washed with deionized water. The washed cake may be dried and then molded between 50-200 ° C. or blown out with appropriate moisture and molded by extrusion.

성형은 압출, 타정, 코팅, 성구법등 어떤 방법을 사용해서도 가능하며, 성형체의 모양은 구형, 정제, 중공형 등 어느 형태로나 가능하다. 성형된 촉매는 80-200℃에서 2-6시간 동안 일차 건조하고, 소성과정을 거쳐 활성화시킨다.Molding may be carried out using any method such as extrusion, tableting, coating, or globular method, and the shape of the molded body may be in any form such as spherical, tablet or hollow. The shaped catalyst is first dried at 80-200 ° C. for 2-6 hours, and activated by calcination.

소성조건은 질소분위기하에서 380-450℃에서 2-10시간 동안 일차소성하고, 280-420℃의 공기흐름하에서 2-10시간 동안 이차소성한다.The firing conditions were first baked at 380-450 ° C. for 2-10 hours under nitrogen atmosphere and secondly baked at 280-420 ° C. for 2-10 hours.

재생과정과 성형, 활성화 과정을 거친 재생촉매를 스테인레스스틸 튜브 반응기에 충전하고, 고정상으로 반응시킨다.The regeneration catalyst, which has undergone regeneration, shaping and activation, is charged to a stainless steel tube reactor and reacted with a fixed bed.

촉매활성 실험결과의 정의는 다음과 같다.The catalytic activity test results are defined as follows.

* 반응물 : 메타크롤레인, 이소부틸산* Reactant: Methacrolein, isobutyl acid

** 생성물 : 메타크릴산** Product: Methacrylic Acid

[비교실시예 1]Comparative Example 1

조성이 Cs1.3Cu0.2Tl0.1P1.1Mo12V1.0Ox+SiO2(30wt%)인 촉매를 8,000시간 동안 메타크롤레인의 산화반응에 사용하였다.The composition is Cs 1 . 3 Cu 0 . 2 Tl0. 1 P 1 . A catalyst of 1 Mo 12 V 1.0 O x + SiO 2 (30 wt%) was used for the oxidation of methacrolein for 8,000 hours.

반응중 메타크롤레인의 공급을 중단하고 산소 : 질소 : 스팀의 몰비가 (2-8) : 73 : 15이고, 350℃인 조건에서 점차적으로 산소비를 높히면서 24시간 동안 재활성화를 시켰다.During the reaction, the supply of methacrolein was stopped and reactivation was performed for 24 hours while gradually increasing the oxygen ratio under the condition that the molar ratio of oxygen: nitrogen: steam was (2-8): 73: 15, and 350 ° C.

반응온도를 320℃로 낮추고 메타크롤레인 : 산소 : 질소 : 스팀의 몰비가 3.5 : 8 : 73.5 : 15이고 GHSV가 1,200hr-1인 조건에서 반응시켰다.The reaction temperature was lowered to 320 ° C. and the reaction was carried out under the condition that the molar ratio of methacrolein: oxygen: nitrogen: steam was 3.5: 8: 73.5: 15 and GHSV was 1,200hr -1 .

반응실험 결과는 표 1에 나타내었다.The reaction test results are shown in Table 1.

[실시예 1]Example 1

비활성화된 상기 촉매는 XRD와 FT-IR 분석에 의해 헤테로폴리산이 열분해된 결과인 삼산화몰리브덴이 검출되었고, SEM과 BET의 측정결과 촉매가 심하게 소결된 것이 관찰되었다. 응축기가 부착된 원형플라스크에 상기 비활성화된 촉매 200g과 탈이온수 200ml, 85% 인산 8g, 12-포스포몰리브덴산 10g, 35% 과산화수소 10ml를 가한후 24시간 동안 가온 환류시킨다. 이 슬러리액에 6.4g의 옥살산과 33g의 피리딘 혼합물을 가하고 12시간 동안 환류시킨 후, 실온으로 낮추고 3시간 동안 교반한다. 이 슬러리액을 여과하고, 탈이온수로 세정한다.The deactivated catalyst was detected by molybdenum trioxide, which is the result of pyrolysis of heteropolyacid by XRD and FT-IR analysis, and the sintering of the catalyst was observed by SEM and BET. 200 g of the deactivated catalyst, 200 ml of deionized water, 8 g of 85% phosphoric acid, 10 g of 12-phosphomolybdic acid, and 10 ml of 35% hydrogen peroxide were added to a circular flask equipped with a condenser, and then heated to reflux for 24 hours. To this slurry was added 6.4 g of oxalic acid and 33 g of pyridine mixture, refluxed for 12 hours, lowered to room temperature and stirred for 3 hours. This slurry liquid is filtered and washed with deionized water.

케이크상 물질의 수분을 적당히 날려보내고 압출기에서 실린더형으로 성형한다. 110℃에서 건조한 후, 질소분위기하 430℃에서 3시간 동안 일차소성하고, 380℃의 공기분위기하에서 3시간 동안 이차소성한다.The moisture of the cake-like material is blown off moderately and molded into a cylinder in the extruder. After drying at 110 ° C., primary firing was performed at 430 ° C. for 3 hours under nitrogen atmosphere, and secondary firing was carried out for 3 hours under an air atmosphere of 380 ° C.

소성된 촉매는 비교실시예 1에서와 같은 조건에서 메타크롤레인의 산화반응을 실시한다.The calcined catalyst undergoes oxidation of methacrolein under the same conditions as in Comparative Example 1.

반응실험 결과는 표 1에 나타내었다.The reaction test results are shown in Table 1.

[비교실시예 2]Comparative Example 2

조성이 Cs1.45Cu0.27Bi0.1P1.1Mo12V1.0Ox인 촉매를 이소부틸산 : 산소 : 스팀 : 질소의 몰비가 3.1 : 2.8 : 6.2 : 87.9이고 공간속도가 2,800hr-1인 조건에서 6,000시간 동안 이소부틸산의 산화탈수소 반응을 실시하였다.The composition is Cs 1 . 45 Cu 0 . 27 Bi 0 . 1 P 1 . 1 Mo 12 V 1 . A 0 O x catalyst of iso-butyric acid: oxygen: steam: the molar ratio of nitrogen 3.1: 2.8: 6.2: 87.9, and a space velocity were the oxidative dehydrogenation of iso-butyric acid for 6,000 hours at the conditions 2,800hr -1.

상기 촉매의 일부를 취해(100g) 500㎖의 탈이온수와 25%의 암모니아수 20㎖를 가하고 5시간 동안 환류시킨다. 진한 염산을 가해 pH 1이하로 만들고, 12시간 동안 환류시킨 후 증발, 건조시킨다. 이 건조물을 물에 분산시키고 피리딘 20g을 가한 후 다시 증발, 건조시킨다. 이 건조물을 물에 분산시키고 피리딘 20g을 가한 후 다시 증발, 건조시킨다. 성형, 소성후 상기의 조건에서 이소부틸산의 산화탈수소 반응을 실시한다.A portion of the catalyst was taken (100 g) and 500 ml of deionized water and 20 ml of 25% ammonia water were added and refluxed for 5 hours. Concentrated hydrochloric acid is added to make the pH below 1, refluxed for 12 hours, evaporated and dried. The dried product is dispersed in water, 20 g of pyridine is added, and evaporated and dried again. The dried product is dispersed in water, 20 g of pyridine is added, and evaporated and dried again. After molding and firing, an isobutyl acid dehydrogenation reaction is carried out under the above conditions.

반응실험 결과는 표 1에 나타내었다.The reaction test results are shown in Table 1.

[실시예 2]Example 2

비교실시예 2의 촉매 100g에 탈이온수 100g, 85% 인산 4g, 12-포스포몰리브덴산 5g, 진한 5ml를 가하고 공기를 기포화시켜 흘려보내면서 24시간 동안 가온 환류한다. 이 슬러리액에 3.2g의 옥살산과 16g의 피리딘 혼합물을 가하고 12시간 동안 환류시킨 후, 실시예 1에서와 같은 방법으로 촉매를 재생한다.To 100 g of the catalyst of Comparative Example 2, 100 g of deionized water, 4 g of 85% phosphoric acid, 5 g of 12-phosphomolybdate, and 5 ml of concentrated solution were added, and the mixture was heated to reflux for 24 hours while being bubbled with air. 3.2 g of oxalic acid and 16 g of pyridine mixture were added to the slurry solution and refluxed for 12 hours, after which the catalyst was regenerated in the same manner as in Example 1.

재생된 촉매는 비교실시예 2와 같은 조건에서 이소부틸산의 산화탈수소 반응을 실시하였다.The regenerated catalyst was subjected to an oxidative dehydrogenation reaction of isobutyl acid under the same conditions as in Comparative Example 2.

반응실험 결과는 표 1에 나타내었다.The reaction test results are shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

Claims (4)

메타크롤레인의 (기상)산화반응, 이소부틸알데히드와 이소부틸산의 기상산화탈수소반응, 및/또는 이소부탄의 산화반응 등에 장시간 사용하여 비활성화된 헤테로폴리산계 폐촉매를 산소, 질소 및 수증기의 혼합가스로 침착된 탄화수소를 제거함과 동시에 재산화시키는 전처리과정을 거치거나 또는 거치지 않은 상태로 물에 녹여 슬러리화 한 다음 헤테로폴리산화하기 위하여 산과 산화제로 처리하는 공정을 거친후, 동활성 성분을 불용성 상태로 만들어 성분분포가 균일한 슬러리액을 만들기 위한 옥살산 및/또는 그 염과 질소헤테로고리 화합물의 혼합침전제를 사용함을 특징으로 한 하기 (1)식으로 표현되는 헤테로폴리산게 폐촉매의 새로운 재생방법.A mixed gas of oxygen, nitrogen and water vapor is used as a heteropolyacid-based waste catalyst that has been inactivated for a long time in the (gas) oxidation reaction of methacrolein, the gas phase oxidation dehydrogenation reaction of isobutylaldehyde and isobutyl acid, and / or the oxidation reaction of isobutane. After removing the hydrocarbons deposited with and prior to reoxidation or dissolving in water, slurrying them in water, and then treating them with acids and oxidants for heteropolyoxidation, the active ingredients are made insoluble. A new regeneration method of a heteropolyacid crab spent catalyst represented by the following formula (1), wherein a mixed precipitate of oxalic acid and / or a salt thereof and a nitrogen heterocyclic compound is used to make a slurry liquid with a uniform distribution. (XaCubYc)(P1+dAse)(Mo12VfWg)Oh…………………………………(1)(X a Cu b Y c ) (P 1 + d As e ) (Mo 12 V f W g ) O h ... … … … … … … … … … … … … (One) (1)식에서 Cu, P, As, Mo, V, W, O는 각각 구리, 인, 비소, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 산소를 표시하며, X는 세슘, 루비듐, 칼륨, 탈륨 중에서 선택된 적어도 한가지 이상의 원소이고, Y는 비스무트, 안티몬, 주석, 크롬, 은, 팔라듐, 납, 칼슘, 바륨, 마그네슘, 텔루르, 셀레늄, 스트론튬, 코발트, 지르코늄, 게르마늄, 암모늄, 피리디늄이온 중에서 선택된 원소이다. a, b, c, d, e, f, g, h는 각각 원자비를 나타내며 몰리브덴의 조성이 12일때 a는 0.5-2, b는 0.05-1, c는 0-2의 값을 갖고 a+b+c는 3+f 이하의 값을 갖는다. d는 0-2, e는 0-1, f와 g는 0-3의 값을 갖고 h는 원자가를 맞추기 위하여 필요한 값을 갖는다.In Formula (1), Cu, P, As, Mo, V, W, and O represent copper, phosphorus, arsenic, molybdenum, vanadium, tungsten, and oxygen, and X represents at least one selected from cesium, rubidium, potassium, and thallium. Y is an element selected from bismuth, antimony, tin, chromium, silver, palladium, lead, calcium, barium, magnesium, tellurium, selenium, strontium, cobalt, zirconium, germanium, ammonium, and pyridinium ions. a, b, c, d, e, f, g and h each represent an atomic ratio, and when molybdenum composition is 12, a is 0.5-2, b is 0.05-1, c is 0-2 and a + b + c has a value of 3 + f or less. d is 0-2, e is 0-1, f and g are 0-3, and h is the value needed to meet valence. 청구범위 제 1 항에서의 촉매재생방법에 있어서, 산과 산화제로 처리하는 공정에서 산으로는 여분의 인산을 사용하고 12-포스포몰리브덴산을 더 첨가한 후 가열처리하여 반응중에 승화된 몰리브덴 또는 포스포몰리브덴산을 보충하거나, 몰리브덴 또는 바나듐산화물을 헤테로폴리산 구조로 유도하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생방법.In the catalyst regeneration method according to claim 1, in the step of treating with an acid and an oxidizing agent, excess phosphoric acid is used as the acid, and further 12-phosphomolybdic acid is added, followed by heat treatment to sublimate molybdenum or phosph during the reaction. A method of regenerating a spent catalyst comprising replenishing form molybdate or inducing molybdenum or vanadium oxide into a heteropolyacid structure. 청구범위 제 1 항 또는 2항에서의 촉매재생방법에 있어서, 질소헤테로고리 화합물과 옥살산 및/또는 그 염의 혼합침전제를 사용하여 반응중 소결된 촉매를 활성구조로 유도하고, 조성의 균일성이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생방법.The catalyst regeneration method according to claim 1 or 2, wherein a mixed precipitate of a nitrogen heterocyclic compound and an oxalic acid and / or salt thereof is used to induce the catalyst sintered during the reaction into the active structure and maintain the uniformity of the composition. Recycling method of the spent catalyst, characterized in that. 청구범위 제 1 항 내지 3항중에서 선택된 어느 한 항의 촉매재생방법에 있어서, 촉매슬러리를 여과, 세정하여 촉매활성성분에 불필요한 화학종을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생방법.The catalyst regeneration method according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst slurry is filtered and washed to remove chemical species unnecessary for the catalytically active component.
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