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KR20190063203A - Metal complex oxide catalysts for production of butadiene, preparation method thereof, and preparation method of butadiene by using the same - Google Patents

Metal complex oxide catalysts for production of butadiene, preparation method thereof, and preparation method of butadiene by using the same Download PDF

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KR20190063203A
KR20190063203A KR1020170162120A KR20170162120A KR20190063203A KR 20190063203 A KR20190063203 A KR 20190063203A KR 1020170162120 A KR1020170162120 A KR 1020170162120A KR 20170162120 A KR20170162120 A KR 20170162120A KR 20190063203 A KR20190063203 A KR 20190063203A
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KR
South Korea
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compound
catalyst
butadiene
bismuth
metal
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Withdrawn
Application number
KR1020170162120A
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Korean (ko)
Inventor
김세진
조광훈
이재연
민형기
Original Assignee
롯데케미칼 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 부텐으로부터 부타디엔을 고수율로 제조하는 몰리브덴(Mo)-비스무트(Bi)-철(F)-코발트(Co)-알칼리 금속-안티몬(Sb)-규소(Si)의 7종 다성분계 금속 복합 산화물 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 부타디엔의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 촉매는 Bi 몰 비의 적절한 조절에 의해, 또한 알칼리 금속으로 세슘(Cs) 또는 칼륨(K)의 사용에 의해 개선된 부텐 전환율, 및 부타디엔 선택도와 수율을 제공한다.The present invention relates to a method for producing butadiene from a butene-based multi-component metal such as molybdenum (Mo) - bismuth (Bi) - iron (F) - cobalt (Co) - alkali metal - antimony (Sb) The present invention relates to a composite oxide catalyst, a method for preparing the same, and a method for preparing butadiene using the same, wherein the catalyst of the present invention is improved by appropriate control of the Bi molar ratio and by the use of cesium (Cs) or potassium (K) Butene conversion, and butadiene selectivity and yield.

Description

부타디엔 제조용 금속 복합 산화물 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 부타디엔의 제조방법 {METAL COMPLEX OXIDE CATALYSTS FOR PRODUCTION OF BUTADIENE, PREPARATION METHOD THEREOF, AND PREPARATION METHOD OF BUTADIENE BY USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a metal complex oxide catalyst for use in the production of butadiene, a method for producing the same, and a method for preparing butadiene using the same. BACKGROUND ART [0002] Metals,

본 발명은 부텐으로부터 부타디엔을 고수율로 제조하는 7종 다성분계 금속 복합 산화물 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 부타디엔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a seven-component multinary compound metal oxide catalyst for producing butadiene from butene at a high yield, a process for producing the same, and a process for producing butadiene using the same.

부타디엔은 자동차 타이어 등의 합성 고무의 원료로 사용되는 중요한 화학품으로서, 이소부텐, n-부텐, 부타디엔 등으로 이루어지는 C4 유분(留分)으로부터 부타디엔을 추출 분리하여 제조한다. 부타디엔은 그 수요가 꾸준히 증가하면서 새로운 부타디엔의 제조방법의 개발이 요망되고 있다.Butadiene is an important chemical used as a raw material for synthetic rubbers such as automobile tires, and is produced by extracting and isolating butadiene from C4 fractions composed of isobutene, n-butene, butadiene, and the like. The demand for butadiene is steadily increasing, and development of a new butadiene production method is desired.

종래 기술의 산화탈수소 촉매를 이용한 n-부텐의 산화탈수소화 반응 시, 반응 시간이 지남에 따라 촉매의 급격한 비활성화 문제와 기계적 강도 저하 문제가 발생하였다. 또한, 1,3-부타디엔 생성 수율을 높이고자 1-부텐 성분을 다량 함유하고 있는 C4 유분을 원료로 하면서 C4 유분 속 n-부탄 함량을 낮추기 위해서는 추가적으로 선 증류 공정을 필요로 하게 된다. 이는 높은 투자비로 인해 경제성이 없어 상업 공정에는 적용하기 어려운 단점이 있다.In the oxidative dehydrogenation reaction of n-butene using the oxidative dehydrogenation catalyst of the prior art, there was a problem of rapid deactivation of the catalyst and a decrease in mechanical strength over the reaction time. In addition, in order to increase 1,3-butadiene production yield, a C4 distillation fraction containing a large amount of 1-butene component is required as a raw material and further a line distillation process is required in order to lower the n-butane content of C4 fraction. This is disadvantageous because it is not economical due to high investment cost and thus it is difficult to apply to commercial process.

이와 관련해 다수의 문헌들이 부타디엔의 제조를 위한 다성분계 비스무트 몰리브데이트 촉매 활성의 개선에 대해 개시하고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 제10-1495478호는 Mo-Bi-Fe-Co 기반의 산화 촉매에 Cs 및 K를 동시에 포함시킴으로써 상대적으로 적은 양으로 낮은 온도에서 향상된 부타디엔 전환율, 선택도 및 수율을 갖는 다성분계 비스무스 몰리브데이트 촉매를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 C4 혼합물로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 방법을 기재하고 있으나, K만 단독으로 첨가되었을 때의 전환율에 비하여 핫 스팟(반응온도) 온도가 너무 높아 정상적인 운전이 어렵다. 대한민국 특허 제10-1603820호에서는 다성분계 비스무트 몰리브데이트 촉매에 Ni은 첨가하지 않고 Co의 비율을 조절하는 부타디엔 제조방법을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허 제10-1559199호는 다성분계 비스무스 몰리브데이트 촉매에 Cs 함량을 더 포함시키는 방법을 개시하고 있다. 한편, 대한민국 특허 제10-1706851호는 Mo, Bi, Fe, K, Ce, Zr 성분을 포함하는 비스무트 몰리브데이트계 촉매를 사용하여 1,3-부타디엔을 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 부텐 전환율이 66.9%로서 높지 않다. 추가로, 미국 특허원 제14903813호는 Mo12Bi0.6Fe3Co7K0.08Cr0.5Si1.6Ox 촉매를 사용하여 산화탈수소화 반응을 실시하였는데, 반응물 중 n-부텐의 함량이 8%로 소량이기 때문에 n-부텐의 전환율은 85% 이상이지만 실제 전환된 양은 적다.A number of documents in this regard disclose improvements in multicomponent bismuth molybdate catalyst activity for the production of butadiene. For example, Korean Patent No. 10-1495478 has improved butadiene conversion, selectivity and yield at low temperatures in relatively small amounts by simultaneously containing Cs and K in an Mo-Bi-Fe-Co based oxidation catalyst Butadiene is produced from the C4 mixture by using the method of producing the bismuth molybdate catalyst according to the present invention, the hot spot (reaction temperature) temperature is lower than the conversion rate when only K is added alone It is too high to drive normally. Korean Patent No. 10-1603820 discloses a butadiene production method of controlling the ratio of Co without adding Ni to a multicomponent bismuth molybdate catalyst. Korean Patent No. 10-1559199 discloses a method of further including a Cs content in a multicomponent bismuth molybdate catalyst. Korean Patent No. 10-1706851 discloses a process for producing 1,3-butadiene using a bismuth molybdate catalyst containing Mo, Bi, Fe, K, Ce and Zr components. However, Is not as high as 66.9%. In addition, U.S. Patent No. 14903813 carried out an oxidative dehydrogenation reaction using a Mo 12 Bi 0.6 Fe 3 Co 7 K 0.08 Cr 0.5 Si 1.6 O x catalyst. The content of n-butene in the reactants was 8% , The conversion of n-butene is 85% or more, but the amount actually converted is small.

상기 종래 기술에서는 1,3-부타디엔을 제조하는데 사용하는 다성분계 비스무트-몰리브데이트 촉매 제조의 다양한 방안을 서술하고 있다. 촉매의 활성 증가 및 공정 운전의 안정성을 확보하기 위해 촉매 조성 변경을 시도했으나 주로 Cs 및 K 또는 Co의 조성을 변경하는 것이었다. 상기 기술에서 비스무트는 산화촉매의 기본으로 고정되어 있으며, 동일 조성으로 촉매가 제조되어 비스무트 함량에 따른 촉매 활성을 분석하기 어려운 단점이 있다.The above prior art describes various schemes for preparing multicomponent bismuth-molybdate catalysts for use in the production of 1,3-butadiene. In order to increase the activity of the catalyst and to ensure the stability of the process operation, attempts were made to change the catalyst composition but mainly to change the composition of Cs and K or Co. In this technique, bismuth is fixed on the basis of an oxidation catalyst, and it is difficult to analyze the catalytic activity depending on the bismuth content by preparing a catalyst with the same composition.

한편, 일본 공개특허공보 제2011-178719호(MITSUI CHEMICALS INC)는 식 (1): Mo(a)Bi(b)Fe(c)X(d)Y(e)Z(f)O(g)로 표시되는 복합 금속 산화물(활성 촉매)과 실리카(담체)를 필수적으로 함유하는 부타디엔 제조용 촉매를 개시하고 있다.On the other hand, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2011-178719 (MITSUI CHEMICALS INC.) Discloses a method for producing a zirconium compound represented by the formula (1): Mo (a) Bi (b) Fe (c) Discloses a catalyst for the production of butadiene, which essentially contains a composite metal oxide (active catalyst) and silica (carrier) represented by the following formula.

본 발명자들은 상기한 선행문헌들을 비롯해 당업계의 유사 발명을 검토하였으며, 결과적으로 부타디엔 생산 활성이 우수한 7종 금속 복합 산화물 촉매를 제공하게 되었다.As a result, the present inventors have provided a seven-metal complex oxide catalyst having excellent butadiene production activity.

대한민국 특허 제10-1495478호 (2015.02.13)Korean Patent No. 10-1495478 (2015.02.13) 대한민국 특허 제10-1603820호 (2016.03.09)Korean Patent No. 10-1603820 (2016.03.09) 대한민국 특허 제10-1559199호 (2015.10.02)Korean Patent No. 10-1559199 (2015.10.02) 대한민국 특허 제10-1706851호 (2017.02.08)Korean Patent No. 10-1706851 (Feb. 미국 특허원 제14903813호 (2014.07.07)U.S. Patent No. 14903813 (Jul. 일본 공개특허공보 제2011-178719호 (2011.09.15)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-178719 (September 15, 2011)

본 발명은 촉매를 구성하는 금속 성분의 최적 함량을 조사하여 결과적으로 우수한 활성을 가지는 다성분계 비스무트-몰리브데이트 금속 복합 산화물 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a multicomponent bismuth-molybdate metal complex oxide catalyst having an excellent activity as a result of examining an optimal content of a metal component constituting a catalyst.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object,

C4 탄화수소 혼합물의 산화탈수소화 반응용 금속 복합 산화물 촉매로서,As a metal complex oxide catalyst for an oxidative dehydrogenation reaction of a C4 hydrocarbon mixture,

상기 촉매는 몰리브덴(Mo), 비스무트(Bi), 철(F), 코발트(Co), 알칼리 금속, 안티몬(Sb) 및 규소(Si)를 포함하는 것인, 금속 복합 산화물 촉매를 제공한다. Wherein the catalyst comprises molybdenum (Mo), bismuth (Bi), iron (F), cobalt (Co), alkali metal, antimony (Sb) and silicon (Si).

본 발명은 또한 The present invention also

(a) 몰리브덴(Mo) 화합물, 비스무트(Bi) 화합물, 철(F) 화합물, 코발트(Co) 화합물 및 알칼리 금속 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 단계;(a) preparing a solution containing a molybdenum (Mo) compound, a bismuth (Bi) compound, an iron (F) compound, a cobalt (Co) compound and an alkali metal compound;

(b) 삼산화안티몬(Sb2O3) 및 실리카(SiO2) 용액을 단계(a)로부터의 용액에 첨가하는 단계;(b) adding to the solution from the antimony trioxide (Sb 2 O 3) and silica (SiO 2) to step (a) solution;

(c) 단계(b)로부터의 용액을 증발 건조시켜 고체 생성물을 회수하는 단계; 및(c) evaporating the solution from step (b) to recover the solid product; And

(d) 단계(c)로부터의 고체 생성물을 300 내지 550℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는, 금속 복합 산화물 촉매의 제조방법을 제공한다.(d) calcining the solid product from step (c) at a temperature of from 300 to 550 占 폚.

추가로, 본 발명은 본 발명의 금속 복합 산화물 촉매에 반응온도 300 내지 500℃, 상압 및 GHSV(gas hourly space velocity, h-1) 1000 내지 5000h-1의 반응 조건 하에서 C4 탄화수소 혼합물을 투입하여 공기 및 스팀 존재하에 산화탈수소 반응시켜 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다.Furthermore, the present invention is put into the C4 hydrocarbon mixture under the reaction conditions of the reaction temperature in the metal complex oxide catalyst of the invention 300 to 500 ℃, atmospheric pressure and GHSV (gas hourly space velocity, h -1) 1000 to 5000h -1 air And an oxidative dehydrogenation reaction in the presence of steam to produce butadiene.

본 발명에서는 다성분계 비스무트 몰리브데이트 촉매의 제조 시 비스무트 함량을 조절하여 C4 혼합물로부터 높은 수율로 1,3-부타디엔을 생성하였다. 또한 1,3-부타디엔 선택도 및 수율을 높이기 위해 알칼리 금속을 첨가하여 2-부텐 전환율, 1,3-부타디엔 선택도 및 수율을 개선시켰다.In the present invention, 1,3-butadiene was produced in high yield from the C4 mixture by controlling the bismuth content in the preparation of the multicomponent bismuth molybdate catalyst. In addition, alkali metal was added to improve 1,3-butadiene selectivity and yield to improve 2-butene conversion, 1,3-butadiene selectivity and yield.

본 발명의 목적은 촉매를 구성하는 금속 성분의 최적 함량을 조사하여 결과적으로 우수한 활성을 가지는 다성분계 비스무트-몰리브데이트 금속 복합 산화물 촉매를 제공하는 것이다. 다성분계 금속 복합 산화물 촉매에서 기본적으로 사용하는 비스무트의 함량을 조절하여 최적의 Bi 몰 비를 탐색하였다. It is an object of the present invention to provide a multicomponent bismuth-molybdate metal complex oxide catalyst having an excellent activity as a result of examining an optimal content of a metal component constituting a catalyst. The optimal Bi molar ratio was investigated by controlling the amount of bismuth used in the multi-component metal complex oxide catalysts.

Bi 몰 비를 변화시켰을 때, Bi 몰 비가 감소할수록 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 증가함을 확인하였다. 특히 Bi 몰 비가 0.5일 때 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 가장 높아 Bi 0.5가 최적 몰 비임을 확인하였다.When the Bi molar ratio was changed, it was confirmed that the conversion of 2-butene and the yield of 1,3-butadiene were increased as the Bi molar ratio was decreased. In particular, when the Bi molar ratio is 0.5, the conversion of 2-butene and the yield of 1,3-butadiene are the highest, and Bi 0.5 is the optimum molar ratio.

추가적으로 알칼리 금속이 1,3-부타디엔 선택도에 영향을 주는 것을 확인하였으며, 2-부텐 전환율, 및 1,3-부타디엔 선택도 및 수율 증가를 위한 방안으로 알칼리 금속을 첨가하였다. 알칼리 금속으로서 Cs을 첨가하였을 때 높은 촉매 활성을 얻었으며, Cs과 동일 함량의 K을 첨가하였을 때도 높은 촉매 활성을 얻었다. 결과적으로, 알칼리 금속을 포함하는 비스무트-몰리브데이트 금속 복합 산화물 촉매를 개발하였다.In addition, it was confirmed that the alkali metal affects the selectivity of 1,3-butadiene, and alkali metal was added as a method for increasing the conversion of 2-butene, 1,3-butadiene selectivity and yield. High catalytic activity was obtained when Cs was added as alkali metal and high catalytic activity was obtained when K was added in the same amount as Cs. As a result, a bismuth-molybdate metal complex oxide catalyst containing an alkali metal has been developed.

아래에 본 발명에 대해 보다 상세히 기술한다.The present invention is described in more detail below.

일 실시양태에서, 본 발명은 C4 탄화수소 혼합물의 산화탈수소화 반응용 금속 복합 산화물 촉매로서, 상기 촉매는 몰리브덴(Mo), 비스무트(Bi), 철(F), 코발트(Co), 알칼리 금속, 안티몬(Sb) 및 규소(Si)를 포함하는 것인, 금속 복합 산화물 촉매를 제공한다.In one embodiment, the present invention is a metal composite oxide catalyst for oxidative dehydrogenation reaction of a C4 hydrocarbon mixture, wherein the catalyst is selected from the group consisting of molybdenum (Mo), bismuth (Bi), iron (F), cobalt (Sb), and silicon (Si).

일 실시양태에서, 본 발명은In one embodiment,

(a) 몰리브덴(Mo) 화합물, 비스무트(Bi) 화합물, 철(F) 화합물, 코발트(Co) 화합물 및 알칼리 금속 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 단계;(a) preparing a solution containing a molybdenum (Mo) compound, a bismuth (Bi) compound, an iron (F) compound, a cobalt (Co) compound and an alkali metal compound;

(b) 삼산화안티몬(Sb2O3) 및 실리카(SiO2) 용액을 단계(a)로부터의 용액에 첨가하는 단계;(b) adding to the solution from the antimony trioxide (Sb 2 O 3) and silica (SiO 2) to step (a) solution;

(c) 단계(b)로부터의 용액을 증발 건조시켜 고체 생성물을 회수하는 단계; 및(c) evaporating the solution from step (b) to recover the solid product; And

(d) 단계(c)로부터의 고체 생성물을 300 내지 550℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는, 금속 복합 산화물 촉매의 제조방법을 제공한다.(d) calcining the solid product from step (c) at a temperature of from 300 to 550 占 폚.

본 발명의 금속 복합 산화물 촉매에서, 몰리브덴(Mo)-비스무트(Bi)-철(F)-코발트(Co)-알칼리 금속이 활성을 나타내는 주촉매 성분이고, 규소(Si) 및 안티몬(Sb)은 조촉매 성분으로서 주촉매 금속의 활성을 증진시키는 역할을 한다(참조: Chemistry and Technology of Fuels and Oils, Vol. 33, No. 3, 1997). 본 발명에서 규소(Si)의 공급원인 실리카(SiO2)와 안티몬(Sb)의 공급원인 삼산화안티몬(Sb2O3)은 각각 담체와 촉진제(promoter)로 투입되어 최종 금속 복합 산화물 촉매를 완성하는 역할을 한다.In the metal composite oxide catalyst of the present invention, molybdenum (Mo) -bismuth (Bi) -iron (F) -cobalt (Co) -Alkali metal is the main catalyst component showing activity, and silicon (Si) and antimony (See Chemistry and Technology of Fuels and Oils, Vol. 33, No. 3, 1997). In the present invention, silica (SiO 2 ) as a source of silicon (Si) and antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) as a source of antimony (Sb) are introduced as a carrier and a promoter, respectively, to complete a final metal complex oxide catalyst It plays a role.

이와 관련해, 본 발명의 금속 복합 산화물 촉매를 위에 언급한 특허문헌 6(일본 공개특허공보 제2011-178719호)의 촉매와 비교하면, 특허문헌 6의 촉매는 안티몬(Sb)이 안티몬 전구체로서 촉매의 제조 반응에 투입되어 최종 금속 복합 산화물 촉매의 주촉매를 구성하는 활성 촉매 성분이 된다. 반면, 본 발명의 금속 복합 산화물 촉매의 제조 시 활성 촉매(Mo-Bi-F-Co-알칼리 금속 화합물)에 실리카(담체)와 삼산화안티몬(Sb2O3, promoter)이 투입되어 최종 금속 복합 산화물 촉매를 완성하게 되는데, 이 때 삼산화안티몬(Sb2O3)은 산화 구조가 이미 형성된 형태로서 실리카와 같이 촉매 활성을 높여 주는 조촉매 역할을 한다. 따라서, 상기 특허문헌 6의 촉매의 안티몬(Sb)은 주성분 금속으로서 격자산소 이동(산화 환원 반응)에 참여하는 것이나, 본 발명의 금속 복합 산화물 촉매의 안티몬(Sb)은 부산물 생성 억제를 보조하는 역할을 한다. 즉, 본 발명의 금속 복합 산화물 촉매는 특허문헌 6의 촉매와 구조상 전혀 다른 촉매이다. 본 발명자들은 특허문헌 6과 같이 안티몬 전구체를 이용하여 제조된 촉매보다 본 발명의 촉매와 같이 삼산화안티몬(Sb2O3)을 투입하여 완성된 촉매가 활성 면에서 우월하다는 것을 밝혀 냈으며, 이는 본 명세서에 개시된 촉매 활성 비교 실험 결과를 통해 확인할 수 있다.In this connection, when the metal complex oxide catalyst of the present invention is compared with the catalyst of Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2011-178719) mentioned above, the catalyst of Patent Document 6 is a catalyst in which antimony (Sb) Is added to the production reaction and becomes the active catalyst component constituting the main catalyst of the final metal complex oxide catalyst. On the other hand, silica (carrier) and antimony trioxide (Sb 2 O 3 , promoter) are added to the active catalyst (Mo-Bi-F-Co-alkali metal compound) during the production of the metal composite oxide catalyst of the present invention, (Sb 2 O 3 ) is a form in which an oxidation structure has already been formed, and acts as a catalyst promoting catalytic activity like silica. Therefore, antimony (Sb) of the catalyst of Patent Document 6 participates in lattice oxygen transfer (redox reaction) as a main component metal, but antimony (Sb) of the metal complex oxide catalyst of the present invention plays a role . That is, the metal complex oxide catalyst of the present invention is a completely different catalyst from the catalyst of Patent Document 6. The inventors of the present invention have found that a finished catalyst obtained by adding antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) like the catalyst of the present invention to a catalyst prepared using an antimony precursor as in Patent Document 6 is superior in terms of activity, The results of the comparative experiments are shown in Fig.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매는 Mo:Bi:Fe:Co:알칼리 금속:Sb:Si의 몰 비가 12:0.3~2:1~3:5~8:0.01~0.3:0.1~2:1~4이다.In one embodiment, the catalyst of the present invention has a molar ratio of Mo: Bi: Fe: Co: alkali metal: Sb: Si of 12: 0.3 to 2: 1 to 3: 5 to 8: 0.01 to 0.3: 0.1 to 2: ~ 4.

일 실시양태에서, 상기 알칼리 금속은 세슘(Cs) 또는 칼륨(K)이다.In one embodiment, the alkali metal is cesium (Cs) or potassium (K).

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매는 C4 탄화수소 혼합물로부터 부타디엔을 제조하는 데에 사용된다.In one embodiment, the catalyst of the present invention is used to prepare butadiene from a C4 hydrocarbon mixture.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 몰리브덴(Mo) 화합물, 비스무트(Bi) 화합물, 철(F) 화합물, 코발트(Co) 화합물, 알칼리 금속 화합물, 삼산화안티몬(Sb2O3) 및 실리카(SiO2)의 몰 비는 12:0.3~2:1~3:5~8:0.01~0.3:0.1~2:1~4이다.In one embodiment, the molybdenum (Mo) compound, bismuth compound, iron (F) compound, cobalt (Co) compound, alkali metal compound, antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) and The molar ratio of silica (SiO 2 ) is from 12: 0.3 to 2: 1 to 3: 5 to 8: 0.01 to 0.3: 0.1 to 2:

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 알칼리 금속 화합물은 세슘(Cs) 화합물 또는 칼륨(K) 화합물이다.In one embodiment, the alkali metal compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is a cesium (Cs) compound or a potassium (K) compound.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 몰리브덴(Mo) 화합물은 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(ammonium molybdate tetrahydrate)이다.In one embodiment, the molybdenum (Mo) compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is ammonium molybdate tetrahydrate.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 비스무트(Bi) 화합물은 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(bismuth nitrate pentahydrate)이다.In one embodiment, the bismuth (Bi) compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is bismuth nitrate pentahydrate.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 철(F) 화합물은 철 니트레이트 노나하이드레이트(iron nitrate nonahydrate)이다.In one embodiment, the iron (F) compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is iron nitrate nonahydrate.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 코발트(Co) 화합물은 코발트 니트레이트 헥사하이드레이트(cobalt nitrate hexahydrate)이다.In one embodiment, the cobalt (Co) compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is cobalt nitrate hexahydrate.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 세슘(Cs) 화합물은 세슘 니트레이트(cesium nitrate)이다.In one embodiment, the cesium (Cs) compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is cesium nitrate.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 칼륨(K) 화합물은 칼륨 니트레이트(potassium nitrate)이다.In one embodiment, the potassium (K) compound used in the preparation of the catalyst of the present invention is potassium nitrate.

일 실시양태에서, 본 발명의 촉매 제조에 사용되는 실리카(SiO2)는 콜로이달 실리카(Ludox_colloidal silica)이다.In one embodiment the silica (SiO 2) is colloidal silica (silica Ludox_colloidal) used in the catalyst preparation of the present invention.

일 실시양태에서, 본 발명은 본 발명의 금속 복합 산화물 촉매에 반응온도 300 내지 500℃, 상압 및 GHSV(gas hourly space velocity, h-1) 1000 내지 5000h-1의 반응 조건 하에서 C4 탄화수소 혼합물을 투입하여 공기 및 스팀 존재하에 산화탈수소 반응시켜 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다. In one embodiment, the present invention In the C4 hydrocarbon mixture under the reaction conditions of the reaction temperature in the metal complex oxide catalyst of the invention 300 to 500 ℃, atmospheric pressure and GHSV (gas hourly space velocity, h -1) 1000 to 5000h -1 And performing oxidative dehydrogenation reaction in the presence of air and steam to produce butadiene.

일 실시양태에서, 상기 C4 탄화수소 혼합물은 n-부탄 함량이 40중량% 이상이고 2-부텐 함량이 50중량% 이상인 것이다.In one embodiment, the C4 hydrocarbon mixture has an n-butane content of at least 40 wt% and a 2-butene content of at least 50 wt%.

일 실시양태에서, 상기 반응 조건 하에서 상기 C4 탄화수소 혼합물:공기:스팀의 부피비는 9~11:55~65:28~40인 것이다. In one embodiment, the volume ratio of the C4 hydrocarbon mixture: air: steam is 9-11: 55-65: 28-40 under the reaction conditions.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

촉매의 제조Preparation of Catalyst

제조예 1Production Example 1

7종 금속으로 이루어진 다성분계 금속 복합 산화물 촉매 제조를 위한 단계로서, 촉매 성분을 Mo, Bi, Fe, Co, Cs, Sb 및 Si로 고정하였고 각 성분의 몰 비를 Mo:Bi:Fe:Co:Cs:Sb:Si = 12:0.5:2:7:0.05:0.5:2.92로 제조하였다. 상기 촉매 제조를 위한 금속 전구체로 비스무트의 전구체는 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(bismuth nitrate pentahydrate)를, 몰리브덴의 전구체로는 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(ammonium molybdate tetrahydrate)를, 철의 전구체로는 철 니트레이트 노나하이드레이트(iron nitrate nonahydrate)를, 코발트의 전구체로는 코발트 니트레이트 헥사하이드레이트(cobalt nitrate hexahydrate)를, 세슘의 전구체로는 세슘 니트레이트(cesium nitrate)를 사용하였다.Bi, Fe, Co, Cs, Sb and Si, and the molar ratio of each component was changed to Mo: Bi: Fe: Co: Cs: Sb: Si = 12: 0.5: 2: 7: 0.05: 0.5: 2.92. As a metal precursor for the preparation of the catalyst, bismuth nitrate pentahydrate as a precursor of bismuth, ammonium molybdate tetrahydrate as a precursor of molybdenum, iron nitrate Cobalt nitrate hexahydrate was used as a precursor of cobalt and cesium nitrate was used as a precursor of cesium. In addition, cobalt nitrate hexahydrate was used as a precursor of cobalt and iron nitrate nonahydrate was used as a precursor of cobalt.

먼저 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(99.0%, SAMCHUN) 15g과 세슘 니트레이트(99%, Sigma Aldrich) 0.03g을 증류수 75mL에 75℃에서 용해시켜 교반하고, 철 니트레이트 노나하이드레이트(98.5%, SAMCHUN) 5.7g과 코발트 니트레이트 헥사하이드레이트(97%, SAMCHUN) 14.4g을 증류수 50mL에 용해시켜 상온에서 교반하였다. 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(97%, SAMCHUN) 1.7g은 증류수에 용해시키기 어렵고 침전이 쉽게 일어나 10% 질산 수용액 10mL를 제조하여 산 조건에서 용해시키고 상온에서 교반하였다.First, 15 g of ammonium molybdate tetrahydrate (99.0%, SAMCHUN) and 0.03 g of cesium nitrate (99%, Sigma Aldrich) were dissolved in 75 mL of distilled water at 75 캜 and stirred. Then, iron nitrate nonahydrate (98.5% , And 14.4 g of cobalt nitrate hexahydrate (97%, SAMCHUN) were dissolved in 50 mL of distilled water and stirred at room temperature. 1.7 g of bismuth nitrate pentahydrate (97%, SAMCHUN) was difficult to dissolve in distilled water and precipitation occurred easily. 10 mL of 10% nitric acid aqueous solution was prepared, dissolved in acidic conditions and stirred at room temperature.

각각 교반을 완료한 상기 비스무트 전구체 용액을 상기 철 전구체와 코발트 전구체의 혼합 용액에 천천히 첨가한 후 히팅 베셀에서 75℃에서 교반 중인 상기 몰리브데이트 전구체와 세슘 전구체의 용액에 혼합하여 교반하였다.The stirred bismuth precursor solution was slowly added to the mixed solution of the iron precursor and the cobalt precursor, and then mixed in a stirring solution of the molybdate precursor and the cesium precursor in a heating bath at 75 ° C and stirred.

여기에 조촉매로 사용되는 삼산화안티몬(antimony trioxide)(99%, Sigma Aldrich) 0.3g을 파우더 형태로 추가하고 콜로이달 실리카(Ludox AS-30 colloidal silica, Sigma Aldrich) 4.14g을 증류수 25mL에 희석시킨 용액을 첨가하여 고르게 혼합하였다. 이때 상기 전구체 용액의 산도 측정 결과, pH 0~0.2로 강산 용액임을 확인하였다. 생성된 전구체 용액은 완전한 혼합을 위해 1시간 동안 교반한 후 증발 건조시켜 고체 촉매 분말을 수득하고 이를 110℃ 오븐에서 24시간 추가 건조시켜 수분을 완전히 제거하였다.0.3 g of antimony trioxide (99%, Sigma Aldrich) used as a co-catalyst was added in powder form and 4.14 g of Ludox AS-30 colloidal silica (Sigma Aldrich) was diluted in 25 mL of distilled water The solution was added and mixed evenly. As a result of the acidity measurement of the precursor solution, it was confirmed that the solution was a strong acid solution at a pH of 0 to 0.2. The resulting precursor solution was stirred for 1 hour for complete mixing and then evaporated to dryness to obtain a solid catalyst powder, which was further dried in an oven at 110 DEG C for 24 hours to completely remove water.

얻어진 고체 촉매는 소성로에서 320℃ 온도 조건하에 3시간 동안 소성하여 잔류되어 있는 암모니아 및 질소 산화물을 제거한 후 상온에서 분말을 회수하였다. 회수한 촉매 분말은 2.0mm 크기로 성형한 후, 동일 소성로에서 500℃ 온도 조건하에 5시간 동안 소성하여 최종 Mo12Bi0.5Fe2Co7Cs0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.The obtained solid catalyst was calcined in a calcining furnace at a temperature of 320 ° C. for 3 hours to remove residual ammonia and nitrogen oxides, and the powder was recovered at room temperature. The recovered catalyst powder was formed into a 2.0 mm size and then calcined at 500 ° C. for 5 hours in the same calcining furnace to prepare a final Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 Cs 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst.

제조예 2Production Example 2

제조예 1에서 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(97%, SAMCHUN)의 몰 비를 0.75로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 Mo12Bi0.75Fe2Co7Cs0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.A catalyst of Mo 12 Bi 0.75 Fe 2 Co 7 Cs 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that the molar ratio of bismuth nitrate pentahydrate (97%, SAMCHUN) was changed to 0.75 in Production Example 1, .

제조예 3Production Example 3

제조예 1에서 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(97%, SAMCHUN)의 몰 비를 1로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 Mo12Bi1Fe2Co7Cs0.05Sb0.5Si2.92촉매를 제조하였다.A Mo 12 Bi 1 Fe 2 Co 7 Cs 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the molar ratio of bismuth nitrate pentahydrate (97%, SAMCHUN) .

제조예 4Production Example 4

제조예 1에서 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(97%, SAMCHUN)의 몰 비를 1.25로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 Mo12Bi1.25Fe2Co7Cs0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.In the same manner as in Production Example 1, except that the molar ratio of bismuth nitrate pentahydrate (97%, SAMCHUN) was changed to 1.25 in Production Example 1, a Mo 12 Bi 1.25 Fe 2 Co 7 Cs 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst .

제조예 5Production Example 5

제조예 1에서 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(97%, SAMCHUN)의 몰 비를 2로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 Mo12Bi2Fe2Co7Cs0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.The procedure of Production Example 1 was repeated except that the molar ratio of bismuth nitrate pentahydrate (97%, SAMCHUN) was changed to 2 in Production Example 1 to prepare a Mo 12 Bi 2 Fe 2 Co 7 Cs 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst .

제조예 6Production Example 6

제조예 1에서 Cs 대신에 칼륨 니트레이트(99%, Sigma Aldrich) 0.03g을 사용하여 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 Mo12Bi0.5Fe2Co7K0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.The procedure of Production Example 1 was repeated except that 0.03 g of potassium nitrate (99%, Sigma Aldrich) was used instead of Cs in Production Example 1 to prepare a Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 K 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst .

비교예 1Comparative Example 1

제조예 1에서 Cs 대신에 란탄(III) 니트레이트 헥사하이드레이트(99%, Sigma Aldrich) 0.15g을 첨가하여 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 Mo12Bi0.5Fe2Co7La0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.Except that 0.15 g of lanthanum (III) nitrate hexahydrate (99%, Sigma Aldrich) was added instead of Cs in Production Example 1 to prepare Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 La 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst.

비교예 2Comparative Example 2

제조예 1에서 삼산화안티몬(Sb2O3) 파우더 대신에 안티모니(III) 아세테이트[Sb(CH3CO2)3](99%, Sigma Aldrich)를 사용하는 것과 세슘 니트레이트 대신에 칼륨 니트레이트(99%, Sigma Aldrich) 0.03g을 사용하여 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 화합물을 사용하였으며, 상기 안티모니(III) 아세테이트 0.35g을 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(99.0%, SAMCHUN) 15g과 세슘 니트레이트(99%, Sigma Aldrich) 0.03g과 함께 증류수 75mL에 75℃에서 용해시켜 교반한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 Mo12Bi0.5Fe2Co7K0.05Sb0.5Si2.92 촉매를 제조하였다.(III) acetate [Sb (CH 3 CO 2 ) 3 ] (99%, Sigma Aldrich) was used in place of antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) powder in Production Example 1 and potassium nitrate (99.0%, SAMCHUN) was prepared by using 0.35 g of the antimony (III) acetate described above in the same manner as in Preparation Example 1 except that 0.03 g of diethylenetriaminepentaacetic acid (99%, Sigma Aldrich) (99%, Sigma Aldrich) in 75 ml of distilled water at 75 ° C and stirred, except that the amount of Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 K 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 catalyst.

촉매의 활성 실험Catalyst activity test

실험예 1: Bi 몰 비 0.5 촉매의 활성 실험 Experimental Example 1 : Activity test of Bi molar ratio 0.5 catalyst

본 발명에서는 고정층 촉매 반응기를 이용하였으며 제조예 1에서 제조한 촉매 Mo12Bi0.5Fe2Co7Cs0.05Sb0.5Si2.92 1g을 투입한 후, 상압, 반응 온도 350℃, GHSV 2200/h 조건에서 산화탈수소 반응을 진행하였다.In the present invention, a fixed-bed catalytic reactor was used, and 1 g of the catalyst Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 Cs 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 prepared in Preparation Example 1 was introduced and then oxidized at a normal pressure, a reaction temperature of 350 ° C. and a GHSV of 2200 / Dehydrogenation reaction was carried out.

반응물은 n-부탄 45~50중량%, 2-부텐 50~55중량%의 조성으로 이루어진 C4-라피네이트 성분을 사용하였고, 공기 및 스팀을 반응물과 함께 주입하였다. 이 때 C4-라피네이트:공기:스팀의 기체 부피 비율은 10:58:33을 유지하며 반응을 진행하였으며, 스팀의 역할은 반응물이 촉매에 체류하는 시간을 단축하여 과반응으로 인한 전체 산화 반응을 억제하고, 반응 시 생성되는 코크를 제거하여 촉매의 활성을 장기간 유지할 수 있도록 한다. 또한, 산화탈수소화 반응의 발열을 제어하여 촉매층 온도가 급격하게 상승하는 것을 막아주는 효과가 있다. The reactant used was a C4-raffinate component having a composition of 45 to 50 wt% of n-butane and 50 to 55 wt% of 2-butene, and air and steam were injected together with the reactant. In this case, the ratio of C4: raffinate: air: steam was maintained at 10:58:33. The role of steam was to shorten the residence time of the reactants in the catalyst, So that the activity of the catalyst can be maintained for a long time by removing the generated coke during the reaction. Further, there is an effect that the heat generation of the oxidative dehydrogenation reaction is controlled to prevent the temperature of the catalyst layer from rising sharply.

반응 20시간 후, 2-부텐 전환율 80%, 1,3-부타디엔 선택도 94%, 생성물 내의 1,3-부타디엔 수율 76%로 C4 탄화수소 혼합물을 1,3-부타디엔으로 생성하여 고부가치에 효과적이며 장기간 비활성화없이 높은 수율을 나타냄을 확인하였다.After 20 hours of reaction, the C4 hydrocarbon mixture was produced as 1,3-butadiene at a conversion of 2-butene of 80%, a selectivity of 1,3-butadiene of 94% and a yield of 1,3-butadiene in the product of 76% It was confirmed that the yield was high without long-term inactivation.

실험예 2: K 함유 촉매의 활성 실험 Experimental Example 2 : Activity test of K-containing catalyst

제조예 6에서 제조한 촉매 Mo12Bi0.5Fe2Co7K0.05Sb0.5Si2.92 1g을 사용하여 실험예 1과 동일한 반응 조건 하에서 산화탈수소화 반응을 진행하였다.The oxidative dehydrogenation reaction was carried out under the same reaction conditions as in Experimental Example 1 using 1 g of the catalyst Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 K 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 produced in Production Example 6.

실험예 3 내지 6: Bi 몰 비 0.75, 1. 1.25, 2 촉매의 활성 실험 Experimental Examples 3 to 6 : Bi molar ratio 0.75, 1. 1.25, 2 Catalyst activity test

제조예 2 내지 5에서 제조한 Bi 몰 비 0.75, 1. 1.25, 2의 촉매 1g을 각각 사용하여 실험예 1과 동일한 반응 조건하에서 산화탈수소화 반응을 진행하였다.The oxidative dehydrogenation reaction was carried out under the same reaction conditions as in Experimental Example 1 using the Bi molar ratios 0.75, 1.25, and 1 g of the catalyst prepared in Production Examples 2 to 5, respectively.

실험 비교예 1: Mo12Bi0.5Fe2Co7La0.05Sb0.5Si2.92 촉매의 활성 실험 Experiment Comparative Example 1 Activation of Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 La 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 Catalyst

비교예 1에서 제조한 촉매 Mo12Bi0.5Fe2Co7La0.05Sb0.5Si2.92 1g을 사용하여 실험예 1과 동일한 반응 조건 하에 산화탈수소화 반응을 진행하였다.The oxidation dehydrogenation reaction was carried out under the same reaction conditions as in Experimental Example 1 using 1 g of the catalyst Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 La 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 prepared in Comparative Example 1.

실험 비교예 2: 안티모니(III) 아세테이트로 제조한 촉매의 활성 실험 Experimental Comparative Example 2 : Activity test of catalyst prepared from antimony (III) acetate

비교예 2에서 제조한 촉매 Mo12Bi0.5Fe2Co7K0.05Sb0.5Si2.92 1g을 사용하여 실험예 1과 동일한 반응 조건 하에 산화탈수소화 반응을 진행하였다. The oxidation dehydrogenation reaction was carried out under the same reaction conditions as in Experimental Example 1 using 1 g of the catalyst Mo 12 Bi 0.5 Fe 2 Co 7 K 0.05 Sb 0.5 Si 2.92 produced in Comparative Example 2.

실험예 1 내지 6과 실험 비교예 1 및 2에서 얻은 촉매를 대상으로 Bi 몰 비에 따른 촉매 활성, Cs, K 또는 La 함유 촉매의 활성, 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 대신에 안티모니(III) 아세테이트를 첨가한 촉매의 활성을 아래 표 1 및 2에 나타냈다.The catalysts obtained in Experimental Examples 1 to 6 and Comparative Experimental Examples 1 and 2 were evaluated for catalytic activity depending on the molar ratio of Bi, activity of the catalyst containing Cs, K or La, antimony (Sb 2 O 3 ) III) acetate was shown in Tables 1 and 2 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1에 나타낸 바와 같이, Bi 몰 비를 변경하였을 때, Bi 몰 비가 감소할수록 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 증가함을 확인하였다. 특히 Bi 몰 비가 0.5일 때 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 가장 높아 Bi 몰 비 0.5가 최적 함량임을 확인하였다.As shown in Table 1, when the Bi molar ratio was changed, it was confirmed that the conversion of 2-butene and the yield of 1,3-butadiene were increased as the Bi molar ratio was decreased. In particular, when the Bi mole ratio was 0.5, the conversion of 2-butene and the yield of 1,3-butadiene were the highest, confirming that the Bi molar ratio 0.5 was the optimum.

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2에 나타낸 바와 같이, 알칼리 금속은 1,3-부타디엔 선택도와 관련이 있다. 동일 함량일 경우, Cs 대신 K을 첨가하였을 때도 2-부텐 전환율 및 생성물 내 1,3-부타디엔 선택도와 수율이 향상됨을 확인하였다. 반면, 알칼리 금속이 아닌 La을 첨가한 경우, 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 낮아져 비효과적임을 확인하였다. As shown in Table 2, alkali metals are related to 1,3-butadiene selectivity. It was confirmed that the conversion of 2-butene and the selectivity and yield of 1,3-butadiene in the product were improved when K was added instead of Cs. On the other hand, it was confirmed that when La, which is not an alkali metal, was added, the conversion of 2-butene and the yield of 1,3-butadiene were lowered, which was ineffective.

Figure pat00003
Figure pat00003

표 3에 나타낸 바와 같이, 산화 구조가 형성된 삼산화안티몬(Sb2O3) 파우더를 첨가하여 조촉매로 사용한 촉매의 경우 안티몬 전구체(Sb(CH3CO2)3)를 첨가하여 제조된 촉매에 비해 촉매 활성이 높다는 것을 확인하였다. 안티몬 전구체를 다른 금속 전구체와 동일하게 첨가하여 촉매를 제조할 경우 촉매의 주촉매 금속 성분으로 포함되는데, 이러한 촉매는 삼산화안티몬(Sb2O3)이 조촉매로 사용된 촉매보다 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 낮다는 것도 확인하였다. As shown in Table 3, compared with the catalyst prepared by adding the antimony precursor (Sb (CH 3 CO 2 ) 3 ) in the case of the catalyst prepared by adding the antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) It was confirmed that the catalytic activity was high. If in the same way as the addition of antimony precursors with other metal precursors to prepare the catalyst are included in the main catalyst metal component of the catalyst, this catalyst and 2-butene conversion than the catalyst used in antimony trioxide (Sb 2 O 3) This crude catalyst It was also confirmed that the yield of 1,3-butadiene was low.

정리하면, 본 발명에 의하면 다성분계 비스무트 몰리브데이트 촉매의 Bi 몰 비를 최적의 범위로 조절함으로써 개선된 2-부텐 전환율, 1,3-부타디엔 선택도와 수율을 제공할 수 있다. 또한, 알칼리 금속과 1,3-부타디엔의 선택도와의 관계를 파악하여 다성분계 비스무트 몰리브데이트 촉매에 사용되는 Cs를 K로 대체하여 사용할 수 있다는 것을 확인하였다. 추가로, 삼산화안티몬(Sb2O3)을 조촉매로 사용함으로써 안티몬이 주촉매 금속 성분으로 포함된 촉매에 비해 2-부텐 전환율 및 1,3-부타디엔 수율이 높다는 것도 확인하였다. 이러한 본 발명은 종래 전혀 개시되지 않았고 예측되지 않았던 조성의 다성분계 비스무트 몰리브데이트 촉매를 제공한다.In summary, according to the present invention, it is possible to provide improved 2-butene conversion, 1,3-butadiene selectivity and yield by controlling the Bi molar ratio of the multicomponent bismuth molybdate catalyst to an optimum range. In addition, it was confirmed that the relationship between the selectivity of alkali metal and 1,3-butadiene can be grasped and Cs used in the multicomponent bismuth molybdate catalyst can be substituted with K. Further, it was confirmed that the conversion of 2-butene and the yield of 1,3-butadiene were higher than that of the catalyst containing antimony as a main catalyst metal component by using antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) as a cocatalyst. The present invention provides multicomponent bismuth molybdate catalysts of a composition not previously disclosed and unpredictable.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (11)

C4 탄화수소 혼합물의 산화탈수소화 반응용 금속 복합 산화물 촉매로서,
상기 촉매는 몰리브덴(Mo), 비스무트(Bi), 철(F), 코발트(Co), 알칼리 금속, 안티몬(Sb) 및 규소(Si)를 포함하는 것인, 금속 복합 산화물 촉매.
As a metal complex oxide catalyst for an oxidative dehydrogenation reaction of a C4 hydrocarbon mixture,
Wherein the catalyst comprises molybdenum (Mo), bismuth (Bi), iron (F), cobalt (Co), alkali metal, antimony (Sb) and silicon (Si).
제1항에 있어서, 상기 금속 복합 산화물 촉매는 Mo:Bi:Fe:Co:알칼리 금속:Sb:Si의 몰 비가 12:0.3~2:1~3:5~8:0.01~0.3:0.1~2:1~4인 것인, 금속 복합 산화물 촉매. The method of claim 1, wherein the metal composite oxide catalyst has a molar ratio of Mo: Bi: Fe: Co: alkali metal: Sb: Si of 12: 0.3-2: 1: 3: 5: 8: 0.01-0.3: : ≪ / RTI > 1-4. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 세슘(Cs) 또는 칼륨(K)인 것인, 금속 복합 산화물 촉매.The metal composite oxide catalyst according to claim 1, wherein the alkali metal is cesium (Cs) or potassium (K). 제1항에 있어서, 상기 촉매는 C4 탄화수소 혼합물로부터 부타디엔을 제조하는 데에 사용되는 것인, 금속 복합 산화물 촉매.The metal composite oxide catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is used for producing butadiene from a C4 hydrocarbon mixture. (a) 몰리브덴(Mo) 화합물, 비스무트(Bi) 화합물, 철(F) 화합물, 코발트(Co) 화합물 및 알칼리 금속 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 단계;
(b) 삼산화안티몬(Sb2O3) 및 실리카(SiO2) 용액을 단계(a)로부터의 용액에 첨가하는 단계;
(c) 단계(b)로부터의 용액을 증발 건조시켜 고체 생성물을 회수하는 단계; 및
(d) 단계(c)로부터의 고체 생성물을 300 내지 550℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는, 제1항에 따른 금속 복합 산화물 촉매의 제조방법.
(a) preparing a solution containing a molybdenum (Mo) compound, a bismuth (Bi) compound, an iron (F) compound, a cobalt (Co) compound and an alkali metal compound;
(b) adding to the solution from the antimony trioxide (Sb 2 O 3) and silica (SiO 2) to step (a) solution;
(c) evaporating the solution from step (b) to recover the solid product; And
(d) calcining the solid product from step (c) at a temperature of from 300 to 550 占 폚.
제5항에 있어서, 상기 몰리브덴(Mo) 화합물, 비스무트(Bi) 화합물, 철(F) 화합물, 코발트(Co) 화합물, 알칼리 금속 화합물, 삼산화안티몬(Sb2O3) 및 실리카(SiO2)의 몰 비가 12:0.3~2:1~3:5~8:0.01~0.3:0.1~2:1~4인 것인, 금속 복합 산화물 촉매의 제조방법.The method of claim 5, wherein the molybdenum (Mo) compounds, bismuth (Bi) compound, the iron (F) compound, a cobalt (Co) compound, alkali metal compound, antimony trioxide (Sb 2 O 3) and silica (SiO 2) Wherein the molar ratio of the metal complex oxide is 12: 0.3 to 2: 1 to 3: 5 to 8: 0.01 to 0.3: 0.1 to 2: 1 to 4. 제5항에 있어서, 상기 알칼리 금속 화합물이 세슘(Cs) 화합물 또는 칼륨(K) 화합물인 것인, 금속 복합 산화물 촉매의 제조방법.The method for producing a metal composite oxide catalyst according to claim 5, wherein the alkali metal compound is a cesium (Cs) compound or a potassium (K) compound. 제5항에 있어서, 상기 몰리브덴(Mo) 화합물은 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(ammonium molybdate tetrahydrate)이고,
상기 비스무트(Bi) 화합물은 비스무트 니트레이트 펜타하이드레이트(bismuth nitrate pentahydrate)이며,
상기 철(F) 화합물은 철 니트레이트 노나하이드레이트(iron nitrate nonahydrate)이고,
상기 코발트(Co) 화합물은 코발트 니트레이트 헥사하이드레이트(cobalt nitrate hexahydrate)이며,
상기 세슘(Cs) 화합물은 세슘 니트레이트(cesium nitrate)이고,
상기 칼륨(K) 화합물은 칼륨 니트레이트(potassium nitrate)이고,
상기 실리카(SiO2)는 콜로이달 실리카(Ludox_colloidal silica)인 것인, 금속 복합 산화물 촉매의 제조방법.
6. The method of claim 5, wherein the molybdenum (Mo) compound is ammonium molybdate tetrahydrate,
The bismuth (Bi) compound is bismuth nitrate pentahydrate,
The iron (F) compound is iron nitrate nonahydrate,
The cobalt (Co) compound is cobalt nitrate hexahydrate,
The cesium (Cs) compound is cesium nitrate,
The potassium (K) compound is potassium nitrate,
The silica (SiO 2) is a method of producing a colloidal silica (silica Ludox_colloidal) would a metal mixed oxide catalyst.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 기재된 금속 복합 산화물 촉매에 반응온도 300 내지 500℃, 상압 및 GHSV(gas hourly space velocity, h-1) 1000 내지 5000h-1의 반응 조건 하에서 C4 탄화수소 혼합물을 투입하여 공기 및 스팀 존재하에 산화탈수소 반응시켜 부타디엔을 제조하는 방법. Any one of claims 1 to 4 C4 hydrocarbon mixture on any one of a metal mixed oxide catalyst to the reaction temperature of 300 to 500 ℃ described in, atmospheric pressure and GHSV the reaction conditions (gas hourly space velocity, h -1 ) 1000 to 5000h -1 in the anti- And then subjecting the mixture to oxidative dehydrogenation reaction in the presence of air and steam to produce butadiene. 제9항에 있어서, 상기 C4 탄화수소 혼합물이 n-부탄 함량이 40중량% 이상이고 2-부텐 함량이 50중량% 이상인 것인, 부타디엔을 제조하는 방법.10. The method of claim 9, wherein the C4 hydrocarbon mixture has an n-butane content of at least 40 wt% and a 2-butene content of at least 50 wt%. 제9항에 있어서, 상기 반응 조건 하에서 상기 C4 탄화수소 혼합물:공기:스팀의 부피비가 9~11:55~65:28~40인 것인, 부타디엔을 제조하는 방법.The method of claim 9, wherein the volume ratio of the C4 hydrocarbon mixture: air: steam is 9-11: 55-65: 28-40 under the reaction conditions.
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