KR101178940B1 - Catalyst For Manufacturing Alkylamine And Its Preparing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알코올의 환원성 아민화 반응 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소 존재하에서 알코올을 아민 화합물과 반응시켜 알킬아민을 상압에서 효과적으로 제조할 수 있는 촉매로서, 코발트와 철 전구체를 지지체에 함침시켜 코발트와 철이 담지 된 촉매, 그의 제조방법 및 이를 이용한 알킬아민의 제조방법에 관한 것이다.
상기 제조방법으로 제조된 코발트와 철이 담지 된 촉매는 기존의 고압에서의 환원성 아민화 반응 대신 상압에서 장시간 안정적으로 촉매활성을 유지할 수 있고, 이소프로필알코올뿐만 아니라 알코올류의 아민화 반응을 필요로 하는 여러 공정에서 유용하게 사용될 수 있는 매우 경제적이고 효율적인 촉매이다.The present invention relates to a catalyzed reductive amination reaction of alcohol, and more particularly, to a catalyst capable of effectively preparing an alkylamine at normal pressure by reacting an alcohol with an amine compound in the presence of hydrogen, impregnating a support with cobalt and an iron precursor. The present invention relates to a catalyst supported on cobalt and iron, a method for preparing the same, and a method for preparing an alkylamine using the same.
Cobalt and iron-supported catalyst prepared by the above production method can maintain the catalytic activity stably at normal pressure for a long time instead of the reductive amination reaction at a high pressure, and requires not only isopropyl alcohol but also an amination reaction of alcohols. It is a very economical and efficient catalyst that can be useful in many processes.
Description
본 발명은 알코올의 환원성 아민화 반응에 의한 알킬아민 제조에 사용되는 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소 존재하에서 알코올과 아민화합물을 반응시켜 알킬아민을 상압에서 효과적으로 제조 할 수 있는 촉매, 이를 제조하는 방법 및 그 촉매를 사용한 알킬아민의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst used for the production of alkylamines by reductive amination of alcohols, and more particularly, to catalysts that can effectively prepare alkylamines at normal pressure by reacting alcohols and amine compounds in the presence of hydrogen, preparing them. And a method for producing an alkylamine using the catalyst.
이소프로필아민은 알킬아민의 일종으로 화학, 제약, 농업, 고무, 용제 등의 다양한 분야의 중간체 및 원료로서 중요한 물질이다. 또한, 이는 고분자의 중합 반응 시 연쇄반응을 조절 및 정지시켜주는 역할을 하는 이소프로필하이드록시아민의 원료물질로 사용될 수 있다. Isopropylamine is a kind of alkylamine and is an important material as an intermediate and raw material in various fields such as chemistry, pharmaceuticals, agriculture, rubber and solvents. In addition, it can be used as a raw material of isopropyl hydroxyamine that serves to control and stop the chain reaction during the polymerization of the polymer.
알코올의 환원성 아민화 반응은 수소화-탈수소화반응에 활성을 나타내는 니켈, 코발트 등의 전이 금속 촉매의 존재하에 알코올, 암모니아 그리고 수소와의 반응으로 일급, 이급 또는 삼급 아민 생성물을 얻는 반응을 말한다. 일반적으로 알코올의 환원성 아민화 반응에 유용한 촉매는, 알데히드와 케톤의 아민화 반응에도 유용하다고 알려져 있다.Reductive amination of alcohol refers to the reaction of primary, secondary or tertiary amine products by reaction with alcohol, ammonia and hydrogen in the presence of transition metal catalysts such as nickel, cobalt and the like which are active in the hydrogenation-dehydrogenation reaction. In general, catalysts useful for the reductive amination of alcohols are known to be useful for the amination of aldehydes and ketones.
일반적으로 알코올의 환원성 아민화 반응을 수행하기 위한 촉매로는 니켈 또는 코발트 등의 금속을 단독으로 사용하거나 다른 금속(예 : 구리, 아연, 마그네슘 등)과 혼합하여 사용한다. 통상적으로 환원성 아민화 반응은 알코올과 암모니아의 반응에 의해 일급 아민을 제조하는 것이다. 일급 아민에 대한 양호한 선택성은 보통 이차 알코올이 적당한 촉매하에 과량의 암모니아 존재하에서 고압의 반응조건에서 얻어진다. 또한 반응을 수행하기 전에, 환원성 아민화 촉매를 적절한 온도에서 환원시켜 반응하며, 높은 촉매 활성 및 선택성 그리고 촉매 안정성을 유지하기 위해 반응 중에 수소 가스를 첨가하는 것이 바람직하다. In general, as a catalyst for the reductive amination of alcohol, a metal such as nickel or cobalt may be used alone or mixed with other metals (eg, copper, zinc, magnesium, etc.). Typically, reductive amination reactions produce primary amines by the reaction of alcohols with ammonia. Good selectivity for primary amines is usually obtained under high pressure reaction conditions in which secondary alcohols are present in the presence of excess ammonia under suitable catalysts. In addition, before carrying out the reaction, the reducing amination catalyst is reacted by reducing at an appropriate temperature, and it is preferable to add hydrogen gas during the reaction to maintain high catalytic activity and selectivity and catalyst stability.
미국 특허 제4,255,357호에는 알루미나 또는 규조토 지지체에 니켈 혹은 코발트를 함침시켜 제조한 촉매를 사용하여 에탄올로부터 에틸아민류를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 당해 특허문헌에는 코발트, 니켈 등의 촉매 활성물질이 알루미나 혹은 규조토를 포함하는 지지체 중 선택된 지지체 물질 상에 지지되는 것으로 언급되어 있는데, 사용된 활성물질 중 코발트가 아민화 과정에 더 유용한 것으로서 언급되어 있다.US Pat. No. 4,255,357 describes a process for producing ethylamines from ethanol using a catalyst prepared by impregnating alumina or diatomaceous earth support with nickel or cobalt. The patent document mentions that catalytically active materials such as cobalt, nickel and the like are supported on a support material selected from a support comprising alumina or diatomaceous earth. Among the active materials used, cobalt is mentioned as more useful for the amination process. .
피셔 등(A. Fischer, et al)은 코발트 촉매를 기초로 1,3-프로판디올의 아민화 방법을 개재하였다(J. Catal. 183, (1999) 373). 공침법으로 제조한 코발트, 코발트-철 그리고 코발트-란타늄 촉매를 사용한 1,3-프로판디올의 아민화 반응은 195 ℃의 반응온도와 135 bar의 높은 압력 조건하에서 목적하는 디아민 생성물의 수율이 35 % 이하에 불과하여, 고압의 반응조건에서 낮은 생산물 수율로 경제성을 고려할 때 바람직하지 못한 촉매 반응공정이었다. Fischer, et al. (A. Fischer, et al.) Disclose a method for amination of 1,3-propanediol based on cobalt catalysts (J. Catal. 183, (1999) 373). Amination of 1,3-propanediol using cobalt, cobalt-iron and cobalt-lanthanum catalysts prepared by coprecipitation yielded a desired yield of the desired diamine product at a reaction temperature of 195 ° C. and a high pressure of 135 bar of 35%. Only the following, it was an undesirable catalytic reaction process in consideration of economics with low product yield under high pressure reaction conditions.
미국 특허 제4,912,260호는 함침법으로 제조한 니켈-팔라듐-루테늄-알루미나 촉매를 사용하여 액체상 반응으로 자생 압력하에서 이소프로필알코올을 모노이소프로필아민으로 전환하는 방법을 기재하고 있다. 목적하는 모노이소프로필아민의 수율은 반응 조건에 따라 12.4 ~ 62.6 %로 낮은 수율을 나타내었다. 또한, 자생 압력하에서 액체상 반응으로 연속 반응 공정에 어려움이 있고, 촉매 분리가 힘들다는 단점이 있었다. US Pat. No. 4,912,260 describes a process for converting isopropyl alcohol to monoisopropylamine under autogenous pressure by liquid phase reaction using a nickel-palladium-ruthenium-alumina catalyst prepared by impregnation. The yield of the desired monoisopropylamine showed a low yield of 12.4 ~ 62.6% depending on the reaction conditions. In addition, there is a difficulty in the continuous reaction process by the liquid phase reaction under autogenous pressure, it was difficult to separate the catalyst.
미국 특허 제5,932,769에는 알루미나 지지체에 코발트와 팔라듐을 함침시켜 제조한 촉매를 사용하여 이소프로필알코올로부터 모노이소프로필아민으로 전환하는 방법을 기재하고 있다. 당해 특허문헌에는 코발트-팔라듐 촉매를 193 ℃의 반응온도와 17 bar의 압력 조건하에서 90 % 이상의 전환율과 70 %이상의 모노이소프로필아민 선택도를 갖는 것으로 나타났다. 그러나 값비싼 귀금속류의 팔라듐을 촉매로 사용하고, 높은 압력조건하에서 반응을 진행하기 때문에 상기 방법은 경제적인 측면에서 보면, 모노이소프로필아민생산을 위한 환원성 아민화 반응에는 바람직하지 않았다.
US Pat. No. 5,932,769 describes a process for converting isopropyl alcohol to monoisopropylamine using a catalyst prepared by impregnating cobalt and palladium on an alumina support. The patent document showed that the cobalt-palladium catalyst had a conversion rate of 90% or more and a monoisopropylamine selectivity of 70% or more under a reaction temperature of 193 ° C. and a pressure of 17 bar. However, since the palladium of expensive precious metals is used as a catalyst and the reaction proceeds under high pressure conditions, the method is economically unfavorable for reductive amination for monoisopropylamine production.
이에, 본 발명자들은 종래 이소프로필알코올의 환원성 아민화 반응에 의한 모노이소프로필아민 제조의 단점인 액체상 반응으로 인한 연속 반응 공정의 어려움및 촉매 분리의 어려움 그리고 고압조건 하에서의 반응 공정 등의 문제점을 해결하기 위해 연구하던 중, 수소 존재하에서 이소프로필알코올을 암모니아와 반응시켜 모노이소프로필아민을 상압에서 효과적으로 제조할 수 있는 촉매를 개발하고, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have solved the problems of the continuous reaction process and the difficulty of separating the catalyst and the reaction process under high pressure conditions due to the liquid phase reaction, which is a disadvantage of the conventional monoisopropylamine production by reductive amination of isopropyl alcohol. During the study, a catalyst was developed which can effectively prepare monoisopropylamine at atmospheric pressure by reacting isopropyl alcohol with ammonia in the presence of hydrogen, and completed the present invention.
즉, 본 발명은 수소 존재 하에서 이소프로필알코올을 암모니아와 반응시켜 모노이소프로필아민을 상압(약 1.0의 압력) 이하에서도 효과적으로 제조할 수 있고, 장시간 안정적으로 촉매 활성을 유지하는 촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기 촉매를 사용하여 알킬아민을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
That is, the present invention provides a catalyst and a method for producing monoisopropylamine effectively under normal pressure (pressure of about 1.0) by reacting isopropyl alcohol with ammonia in the presence of hydrogen and maintaining the catalytic activity stably for a long time. It aims to provide. It is another object of the present invention to provide a method for preparing alkylamine using the catalyst.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 코발트 및 철이 지지체에 담지된 알코올의 환원성 아민화 반응의 촉매를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst for the reductive amination reaction of alcohol in which cobalt and iron are supported on a support.
또한 본 발명에서는 코발트 전구체 수용액 또는 철 전구체 수용액을 동시에 또는 순차적으로 지지체와 교반시킨 후, 건조 및 소성하는 알코올의 환원성 아민화 반응의 촉매의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preparing a catalyst for reducing amination reaction of alcohol, which is stirred or co-cured with an aqueous solution of cobalt precursor or an aqueous solution of iron precursor simultaneously or sequentially.
마지막으로 본 발명에서는 알코올 및 아민 화합물을 상압(약 1.0의 압력) 이하에서 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계, 수소를 상기 촉매와 접촉시켜 촉매를 활성화 시키는 단계 및 상기 활성화 촉매를 상기 아민화 반응 혼합물에 접촉시켜 반응시키는 단계를 포함하는 알킬아민의 제조방법을 제공한다.
Finally, in the present invention, the alcohol and the amine compound are mixed under normal pressure (pressure of about 1.0) to form an amination reaction mixture, contacting hydrogen with the catalyst to activate the catalyst and the activation catalyst to the amination It provides a method for producing an alkylamine comprising the step of contacting the reaction mixture to react.
본 발명에 따라 제조된 코발트와 철이 담지 된 촉매는 종전의 촉매와는 달리 상압(약 1.0의 압력) 이하에서도 높은 촉매활성을 통해 알킬아민을 효율적으로 생산할 수 있다. 따라서 알코올류 아민화 반응을 필요로 하는 여러 공정에서 유용하게 사용될 수 있는 매우 경제적이고 효율적인 촉매이다.
Cobalt and iron-supported catalyst prepared according to the present invention can be efficiently produced alkylamine through high catalytic activity even under normal pressure (pressure of about 1.0), unlike the previous catalyst. Therefore, it is a very economical and efficient catalyst that can be usefully used in various processes requiring alcohol amination reactions.
도 1은 실시예 1 ~ 4의 환원성 아민화 반응 활성실험 결과를 비교한 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 촉매의 공간시간에 따른 환원성 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 촉매의 수소와 이소프로필알코올의 비율에 따른 환원성 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 촉매의 암모니아와 이소프로필알코올의 비율에 따른 환원성 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 촉매의 반응온도에 따른 이소프로필알코올의 환원성 아민화 반응 활성실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1의 촉매의 환원성 아민화 반응 활성감소 실험 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph comparing the results of the reductive amination reaction activity test of Examples 1 to 4.
Figure 2 is a graph showing the results of the reactivity amination reaction activity test according to the space time of the catalyst of Example 1.
3 is a graph showing the results of a reductive amination reaction experiment according to the ratio of hydrogen and isopropyl alcohol of the catalyst of Example 1.
4 is a graph showing the results of a reductive amination reaction experiment according to the ratio of ammonia and isopropyl alcohol of the catalyst of Example 1.
5 is a graph showing the results of a reductive amination reaction experiment of isopropyl alcohol according to the reaction temperature of the catalyst of Example 1.
6 is a graph showing the results of a reductive amination reaction deactivation experiment of the catalyst of Example 1.
본 발명은 코발트 및 철이 지지체에 담지된 알코올의 환원성 아민화 반응의 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for the reductive amination reaction of alcohol in which cobalt and iron are supported on a support.
상기 지지체는 특별히 제한되지 아니하나, 구체적으로는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 알루미나-실리카가 될 수 있으며, 더욱 구체적으로는 γ-Al2O3 이 될 수 있다. 상기 γ-Al2O3는 150 ~ 300 m2/g정도의 비표면적을 갖는 금속산화물로서, 600 ℃ 정도에서 알루미나 겔을 소성하여 감마상으로 제조한 것이다. 이러한 γ-Al2O3는 다공성이고 열안정성이 높은 특성을 갖는다. 또한 순도가 높고, 합성조건의 조절로 특별한 형태의 물리적 성상을 가지도록 할 수 있는 장점을 가지고 있다.The support is not particularly limited, but specifically, may be alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), alumina-silica, and more specifically γ-Al 2 O 3 . The γ-Al 2 O 3 is a metal oxide having a specific surface area of about 150 to 300 m 2 / g, and is prepared in a gamma phase by calcining an alumina gel at about 600 ° C. Such γ-Al 2 O 3 is porous and has high thermal stability. In addition, the purity is high, and has the advantage of having a special form of physical properties by controlling the synthesis conditions.
상기 지지체는 비표면적이 150 ~ 300 m2/g인 것이 철과 코발트의 적절한 비율로 담지될 수 있어 바람직하다.It is preferable that the support has a specific surface area of 150 to 300 m 2 / g because it can be supported at an appropriate ratio of iron and cobalt.
상기 촉매에서 코발트 및 철은 촉매의 전체 중량에 대하여 각각 5 ~ 20 중량%가 되도록 담지되는 것이 바람직하다. 5 중량% 미만이 되면 코발트 및 철의 성분이 너무 적어 알코올의 환원성 아민화 반응에 촉매로서 미치는 영향이 미미하게 되는 문제가 있을 수 있고, 20 중량%를 초과하게 되면 상기 지지체에 코발트 성분이 고르게 분산되지 못하는데 문제가 있다.Cobalt and iron in the catalyst is preferably supported to be 5 to 20% by weight relative to the total weight of the catalyst. If less than 5% by weight of the cobalt and iron components are too small may have a problem that the effect of the catalyst as a catalyst in the reductive amination reaction of alcohol, if more than 20% by weight cobalt components evenly dispersed in the support There is a problem.
촉매의 제조는 코발트 전구체 수용액 또는 철 전구체 수용액을 동시에 또는 순차적으로 지지체와 교반시킨 후, 건조 및 소성하는 방법으로 제조할 수 있다.The preparation of the catalyst may be prepared by stirring the cobalt precursor aqueous solution or the iron precursor aqueous solution simultaneously or sequentially with the support, followed by drying and calcining.
상기 코발트 전구체 수용액과 철 전구체 수용액의 지지체와의 교반 순서는 특별히 한정되지 아니하며, 코발트 전구체 수용액 및 철 전구체 수용액의 혼합용액과 지지체를 한 번에 교반하여 제조하는 것도 가능하다. 다만 한 전구체 수용액과 교반 후 , 건조 소성 시킨 다음에 또 다른 전구체 수용액과 교반 후 건조 소성 시키는 순차적 방법이 코발트-철간의 미세구조 형성에 있어 더욱 바람직하다.The order of stirring the cobalt precursor aqueous solution and the iron precursor aqueous solution is not particularly limited, and the mixed solution of the cobalt precursor aqueous solution and the iron precursor aqueous solution and the support may be prepared by stirring at a time. However, a sequential method of dry firing after stirring with one precursor aqueous solution followed by dry firing with another precursor aqueous solution is more preferable for forming a microstructure of cobalt-iron.
상기 코발트 전구체는 특별히 한정되지 아니하나, 염화 코발트, 아세트산 코발트, 질산 코발트 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 상기한 바와 같이 코발트는 촉매의 전체 중량에 대하여 5 ~ 20 중량%가 되도록 담지되는 것이 바람직하므로 이에 맞게 적절한 비율의 코발트 전구체를 수용액에 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.The cobalt precursor is not particularly limited, but may be cobalt chloride, cobalt acetate, cobalt nitrate, or a mixture thereof. As described above, the cobalt is preferably supported to be 5 to 20% by weight based on the total weight of the catalyst. Therefore, it is preferable to use an appropriate ratio of cobalt precursor mixed with an aqueous solution.
상기 철 전구체는 특별히 한정되지 아니하나, 염화제이철, 황산제이철, 질산철 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 상기한 바와 같이 철은 촉매의 전체 중량에 대하여 5 ~ 20 중량%가 되도록 담지되는 것이 바람직하므로 이에 맞게 적절한 비율의 철 전구체를 수용액에 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
The iron precursor is not particularly limited, but may be ferric chloride, ferric sulfate, iron nitrate or a mixture thereof. As described above, the iron is preferably supported to be 5 to 20% by weight based on the total weight of the catalyst. Therefore, it is preferable to use an appropriate proportion of the iron precursor mixed with the aqueous solution accordingly.
코발트 전구체 수용액 및 철 전구체 수용액과 지지체를 교반한 이후, 이를 건조 및 소성하게 된다. 상기 건조는 30 ~ 70 ℃에서 감압 증류하여 건조 시킬 수 있으며, 소성 방법은 공기를 흘려주면서 400 ~ 600 ℃에서 1 ~ 3시간가량 소성할 수 있다. 600 ℃ 초과의 온도에서 소성할 경우에는 촉매 입자가 열적 안정성을 잃게 되어 뭉침 현상이 발생하게 되는 문제가 있을 수 있고, 400 ℃ 미만의 온도에서 소성할 경우에는 철 이온이 Fe2O3의 산화물 형태로 존재하지 못하기 때문에 활성이 떨어지는 현상을 나타내는 문제가 있을 수 있다.
After stirring the cobalt precursor aqueous solution and the iron precursor aqueous solution and the support, it is dried and calcined. The drying may be dried by distillation under reduced pressure at 30 ~ 70 ℃, the firing method may be baked for 1 to 3 hours at 400 ~ 600 ℃ while flowing the air. When firing at a temperature of more than 600 ℃ may cause a problem that the catalyst particles lose the thermal stability due to agglomeration, and when firing at a temperature below 400 ℃ iron ions are the oxide form of Fe 2 O 3 There may be a problem indicating that the activity is dropped because it does not exist.
본 발명은 알코올 및 아민 화합물을 상압(약 1.0의 압력) 이하에서 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계, 수소를 상기의 촉매와 접촉시켜 촉매를 활성화 시키는 단계 및 상기 활성화 촉매를 상기 아민화 반응 혼합물에 접촉시켜 반응시키는 단계를 포함하는 알킬아민의 제조방법에 관한 것이다. 상기의 반응이 고정층 충진반응기에서 이루어질 시, 상기 수소는 아민화 반응 혼합물을 투입하기 전에 먼저 투입되어 촉매를 활성화시킨 후, 아민화 반응 혼합물과 함께 제공되는 것도 가능하다.The present invention comprises the steps of mixing the alcohol and the amine compound at normal pressure (pressure of about 1.0) or less to form an amination reaction mixture, contacting hydrogen with the catalyst to activate the catalyst and the activation catalyst to the amination reaction It relates to a method for producing an alkylamine comprising the step of contacting the mixture to react. When the above reaction is carried out in a fixed bed packed reactor, the hydrogen may be added before the amination reaction mixture is added to activate the catalyst and then provided with the amination reaction mixture.
상기 방법은 기존의 고압반응 조건과 달리 수소의 존재하에서 반응하는 대신 상압에서도 제조가 가능하다. 상기 수소는 촉매를 환원시키는 역할을 하게 된다. 환원을 위한 특정 조건은 활성화되는 특정 촉매 조성물에 좌우된다. 이러한 활성화는 합금 형성, 금속의 적합한 상 배향 및 금속의 산화 수준 조정을 포함할 수 있다.Unlike the conventional high pressure reaction conditions, the method can be prepared at atmospheric pressure instead of reacting in the presence of hydrogen. The hydrogen serves to reduce the catalyst. The specific conditions for the reduction depend on the specific catalyst composition that is activated. Such activation may include alloy formation, suitable phase orientation of the metal, and adjustment of the oxidation level of the metal.
상기 알코올은 이소프로필알코올이 될 수 있으며, 아민 화합물은 암모니아, 메틸아민 또는 에틸아민이 될 수 있고, 알킬아민은 모노이소프로필아민이 될 수 있다.The alcohol may be isopropyl alcohol, the amine compound may be ammonia, methylamine or ethylamine, and the alkylamine may be monoisopropylamine.
상기 알코올과 수소의 부피비는 1 : 1 ~ 20인 것이 바람직하며, 알코올과 아민 화합물의 부피비는 1: 1 ~ 15인 것이 바람직하다. 상기 반응의 공간시간은 30000 ~ 50000 gmin/mmol이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한 상기 반응의 온도는 180 ~ 240 ℃인 것이 바람직하다.The volume ratio of the alcohol and hydrogen is preferably 1: 1 to 20, and the volume ratio of the alcohol and the amine compound is preferably 1: 1 to 15. The space time of the reaction is preferably adjusted to be 30000 ~ 50000 gmin / mmol. In addition, the temperature of the reaction is preferably 180 ~ 240 ℃.
본 발명에 따라 일반적인 촉매 제조법인 함침법을 사용하여 철과 코발트를 알루미나에 담지시켜 제조한 촉매는, 상압에서도 촉매활성을 안정적으로 장시간 유지할 수 있고, 알코올류나 알데히드 혹은 케톤 등의 아민화 반응을 필요로 하는 여러 공정에서 유용하게 사용될 수 있는 매우 경제적이고 효율적인 촉매이다.According to the present invention, a catalyst prepared by supporting iron and cobalt on alumina using an impregnation method, which is a general catalyst preparation method, can stably maintain catalytic activity even at normal pressure for a long time, and requires an amination reaction such as alcohols, aldehydes or ketones. It is a very economical and efficient catalyst that can be usefully used in various processes.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하나, 하기한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여만 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the following examples are merely to illustrate the present invention, but it should be understood that the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 : 촉매의 제조 1: Preparation of Catalyst
철 전구체로서 질산철 9수화물(Fe(NO3)3?9H2O) 15.48 g을 증류수 360 ㎖에 용해하여 전구체 수용액을 제조하였다. 상기에서 제조한 전구체 용액을 γ-Al2O3 16 g과 함께 혼합한 후 상온 및 상압(약 1.0의 압력)에서 3시간 동안 교반한 뒤, 이 혼합물을 60 ℃에서 감압 증류하여 완전 건조시킨 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 철의 양이 13중량%가 되도록 Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.A precursor aqueous solution was prepared by dissolving 15.48 g of iron nitrate hexahydrate (Fe (NO 3 ) 3 ˜9H 2 O) as an iron precursor in 360 ml of distilled water. The precursor solution prepared above was mixed with 16 g of γ-Al 2 O 3 , stirred at room temperature and atmospheric pressure (pressure of about 1.0) for 3 hours, and then the mixture was distilled under reduced pressure at 60 ° C. for complete drying. In addition, the dried product was calcined at about 500 ° C. for 2 hours while flowing air to prepare Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 such that the amount of supported iron was 13% by weight.
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2?6H2O) 1.481 g을 증류수 3.5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 실시예 1에서 준비된 Fe2O3/γ-Al2O3 1.7 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 하루정도 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지된 코발트의 양이 15중량%인 Co3O4/Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.
Cobalt nitrate hexahydrate as the cobalt precursor (Co (NO 3) 2? 6H 2 O) 1.481 g the rear dissolved in distilled water 3.5 ㎖, prepared the aqueous solution in Example 1 Fe 2 O 3 / γ- Al 2 O 3 1.7 g After immersion in, the adsorbate was dried at room temperature for about a day. Next, the dried product was calcined at about 500 ° C. for 2 hours while flowing air, thereby preparing Co 3 O 4 / Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 having an amount of 15% by weight of cobalt supported.
실시예Example 2 : 촉매의 제조 2: Preparation of Catalyst
철 전구체로서 질산철 9수화물(Fe(NO3)3?9H2O) 15.48 g을 증류수 360 ㎖에 용해하여 전구체 수용액을 제조하였다. 상기에서 제조한 전구체 용액을 γ-Al2O3 16 g과 함께 혼합한 후 상온 및 상압에서 3시간 동안 교반한 뒤, 이 혼합물을 60 ℃에서 감압 증류하여 완전 건조시킨 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 철의 양이 13중량%가 되도록 Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.A precursor aqueous solution was prepared by dissolving 15.48 g of iron nitrate hexahydrate (Fe (NO 3 ) 3 ˜9H 2 O) as an iron precursor in 360 ml of distilled water. The precursor solution prepared above was mixed with 16 g of γ-Al 2 O 3 , stirred at room temperature and atmospheric pressure for 3 hours, and then the mixture was distilled under reduced pressure at 60 ° C. for complete drying, and then the dried product was dried with air. Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 was prepared by baking for 2 hours at about 500 ℃ while flowing the amount of supported iron to 13% by weight.
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2?6H2O) 0.494 g을 증류수 3.5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 상기 Fe2O3/γ-Al2O3 1.9 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 하루정도 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2시간동안 소성하여 담지된 코발트의 양이 5중량%인 Co3O4/Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.
As a cobalt precursor of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2? 6H 2 O) 0.494 g to then carry the rear dissolved in distilled water 3.5 ㎖, the aqueous solution of the Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 1.9 g This adsorbate was dried at room temperature for about a day. Next, the dried product was calcined at about 500 ° C. for 2 hours while flowing air to prepare Co 3 O 4 / Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 having an amount of 5% by weight of cobalt supported.
실시예Example 3 : 촉매의 제조 3: Preparation of Catalyst
철 전구체로서 질산철 9수화물(Fe(NO3)3?9H2O) 15.48 g을 증류수 360 ㎖에 용해하여 전구체 수용액을 제조하였다. 상기에서 제조한 전구체 용액을 γ-Al2O3 16 g과 함께 혼합한 후 상온 및 상압에서 3시간 동안 교반한 뒤, 이 혼합물을 60 ℃에서 감압 증류하여 완전 건조시킨 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 철의 양이 13중량%가 되도록 Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.A precursor aqueous solution was prepared by dissolving 15.48 g of iron nitrate hexahydrate (Fe (NO 3 ) 3 ˜9H 2 O) as an iron precursor in 360 ml of distilled water. The precursor solution prepared above was mixed with 16 g of γ-Al 2 O 3 , stirred at room temperature and atmospheric pressure for 3 hours, and then the mixture was distilled under reduced pressure at 60 ° C. for complete drying, and then the dried product was dried with air. Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 was prepared by baking for 2 hours at about 500 ℃ while flowing the amount of supported iron to 13% by weight.
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2?6H2O) 0.988 g을 증류수 3.5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 상기 Fe2O3/γ-Al2O3 1.8 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 하루정도 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지된 코발트의 양이 10중량%인 Co3O4/Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.
Cobalt precursor as cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2? 6H 2 O) 0.988 g of then after dissolving in distilled water 3.5 ㎖, carrying the aqueous solution in the Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 1.8 g This adsorbate was dried at room temperature for about a day. Next, the dried product was calcined at about 500 ° C. for 2 hours while flowing air, thereby preparing Co 3 O 4 / Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 having an amount of cobalt supported by 10% by weight.
실시예Example 4 : 촉매의 제조 4: preparation of catalyst
철 전구체로서 질산철 9수화물(Fe(NO3)3?9H2O) 15.48 g을 증류수 360 ㎖에 용해하여 전구체 수용액을 제조하였다. 상기에서 제조한 전구체 용액을 γ-Al2O3 16 g과 함께 혼합한 후 상온 및 상압에서 3시간 동안 교반한 뒤, 이 혼합물을 60 ℃에서 감압 증류하여 완전 건조시킨 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 약 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지 된 철의 양이 13중량%가 되도록 Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.A precursor aqueous solution was prepared by dissolving 15.48 g of iron nitrate hexahydrate (Fe (NO 3 ) 3 ˜9H 2 O) as an iron precursor in 360 ml of distilled water. The precursor solution prepared above was mixed with 16 g of γ-Al 2 O 3 , stirred at room temperature and atmospheric pressure for 3 hours, and then the mixture was distilled under reduced pressure at 60 ° C. for complete drying, and then the dried product was dried with air. Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 was prepared by baking for 2 hours at about 500 ℃ while flowing the amount of supported iron to 13% by weight.
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2?6H2O) 1.975 g을 증류수 3.5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 상기 Fe2O3/γ-Al2O3 1.6 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 하루정도 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2 시간동안 소성하여 담지된 코발트의 양이 20중량%인 Co3O4/Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.
As a cobalt precursor of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2? 6H 2 O) 1.975 g the rear dissolved in distilled water 3.5 ㎖, then carrying the aqueous solution in the Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 1.6 g This adsorbate was dried at room temperature for about a day. Next, the dried product was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air to prepare Co 3 O 4 / Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 having an amount of 20% by weight of cobalt supported.
비교예Comparative example 1 : 철만을 1: iron only 담지시킨Supported 촉매의 제조 Preparation of the catalyst
철 전구체로서 질산철 9수화물(Fe(NO3)3?9H2O) 2.171 g을 증류수 3.5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 1.7 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 하루정도 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2시간동안 소성하여 담지된 철의 양이 13중량%인 Fe2O3/γ-Al2O3를 제조하였다.
Iron nitrate 9 hydrate as an iron precursor (Fe (NO 3) 3? 9H 2 O) after the 2.171 g dissolved in distilled water 3.5 ㎖, then carrying the aqueous solution in the γ-Al 2 O 3 1.7 g , room temperature, the adsorbate Dry for about a day. Next, the dried product was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air to prepare Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 having an amount of iron supported by 13 wt%.
비교예Comparative example 2 : 코발트만을 2: cobalt only 담지시킨Supported 촉매의 제조 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2?6H2O) 1.481 g을 증류수 3.5 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 1.7 g에 담지시킨 후, 이 흡착물을 상온에서 하루정도 건조시켰다. 다음, 상기 건조물을 공기를 흘려주면서 500 ℃에서 2시간동안 소성하여 담지된 코발트의 양이 15중량%인 Co3O4/γ-Al2O3를 제조하였다.
As a cobalt precursor of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2? 6H 2 O) 1.481 g the rear dissolved in distilled water 3.5 ㎖, then carrying the aqueous solution in the γ-Al 2 O 3 1.7 g , room temperature, the adsorbate Dry for about a day. Next, the dried product was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air to prepare Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 having an amount of 15 wt% of cobalt supported thereon.
실험예Experimental Example 1 : 촉매의 코발트 함량에 따른 환원성 1: Reducibility according to the cobalt content of the catalyst 아민화Amination 반응활성 실험 Reaction activity experiment
본 발명에 따라 제조된 촉매는 활성인 상태로 전환시키기 위해 연속 작동되는 고정층 반응기에 실시예 1 ~ 4에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 0.2 g을 충진하였다. 반응기 내부의 촉매와 접촉하는 대기는 수소로 하여 600 ℃에서 1시간 동안 유지시켰고, 그리고 나서 230 ℃까지 냉각시켰다. 활성인 상태로 전환된 실시예 1 ~ 4의 촉매를 이용하여 하기 표 1의 반응조건으로 촉매의 코발트 함량에 따른 환원성 아민화 반응 활성 실험을 실시하였다.The catalyst prepared according to the invention was charged 0.2 g of the catalyst according to the invention prepared in Examples 1 to 4 in a fixed bed reactor operated continuously to convert it into an active state. The atmosphere in contact with the catalyst inside the reactor was maintained at 600 ° C. for 1 hour with hydrogen and then cooled to 230 ° C. Using the catalysts of Examples 1 to 4 converted to the active state, the reductive amination reaction activity experiment was performed according to the cobalt content of the catalyst under the reaction conditions of Table 1 below.
반응물은 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography, Chrompack, CP 9001)를 사용하여 분석하였다. 여기서 이소프로필아민의 전환율은 하기 수학식 1과 같이 계산되었으며, 하기 수학식 2와 3으로 이소프로필아민 및 아세톤의 선택도 및 수율을 계산하였다.(IPA: 이소프로필알코올, MIPA: 모노이소프로필아민)The reaction was analyzed using gas chromatography (Gas Chromatography, Chrompack, CP 9001). Here, the conversion rate of isopropylamine was calculated as in Equation 1 below, and selectivity and yield of isopropylamine and acetone were calculated using
상기 분석 방법에 의한 결과를 하기 도 1 및 표 1에 나타내었다.The results obtained by the analytical method are shown in FIG. 1 and Table 1 below.
가스 크로마토그래피 분석: 성분 - 모노이소프로필아민의 GC 면적% 데이타 (GC 컬럼: 모세관 컬럼 - 길이 60 m, 0.32 ㎜ CP-volamine, 온도 프로그램: 50 ℃에서 5분유지, 분당 20 ℃로 승온, 200 ℃에서 10 분유지).Gas Chromatography Analysis: GC Area% Data of Components-Monoisopropylamine (GC Column: Capillary Columns-60 m Length, 0.32 mm CP-volamine, Temperature Program: 5 min at 50 ° C., 20 ° C./min, 200 Milk powder at 10 ° C).
하기 도 1 및 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매는 코발트의 함량을 제외한 동일 반응 조건에서 49.1 %로 가장 높은 모노이소프로필아민의 수율을 나타냈다.
As shown in FIG. 1 and Table 1, the catalyst according to the present invention prepared in Example 1 showed the highest yield of monoisopropylamine as 49.1% under the same reaction conditions except for the content of cobalt.
온도
(℃)reaction
Temperature
(℃)
(ml/min)Isopropyl Alcohol
(ml / min)
니아
(ml/min)Ammo
Nya
(ml / min)
(ml/min)Hydrogen
(ml / min)
(gmin/mmol)Space time
(gmin / mmol)
(%)Conversion rate
(%)
(%)Monoisopropylamine Selectivity
(%)
(%)Acetone selectivity
(%)
(%)Monoisopropylamine yield
(%)
실험예Experimental Example 2 : 공간시간에 따른 환원성 2: reducibility according to space time 아민화Amination 반응활성 실험 Reaction activity experiment
본 발명에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. 활성인 상태로 전환된 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 이용하여 하기 표 2의 반응조건으로 공간시간에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응 활성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 도 2 및 표 2에 나타내었다. 하기 도 2 및 표 2에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 촉매는 공간시간이 49783 gmin/mmol 일 때 모노이소프로필아민의 수율이 76.4 %로 가장 높은 수율을 나타냈다.
The catalyst prepared according to the present invention was activated in the same manner as in Experimental Example 1. Using the catalyst according to the present invention prepared in Example 1 was converted to the active state was carried out the experiment of the reductive amination reaction of the catalyst according to the space time under the reaction conditions of Table 2. The reaction product was analyzed using gas chromatography and the results are shown in FIG. 2 and Table 2 below. As shown in FIG. 2 and Table 2, the catalyst prepared in Example 1 showed the highest yield of 76.4% of monoisopropylamine when the space time was 49783 gmin / mmol.
(℃)Reaction temperature
(℃)
(ml/min)Isopropyl Alcohol
(ml / min)
(ml/min)ammonia
(ml / min)
(ml/min)Hydrogen
(ml / min)
(gmin/mmol)Space time
(gmin / mmol)
(%)Conversion rate
(%)
(%)Monoisopropylamine Selectivity
(%)
(%)Acetone selectivity
(%)
(%)Monoisopropylamine yield
(%)
실험예Experimental Example 3 : 수소와 알코올의 비율에 따른 환원성 3: Reducibility according to the ratio of hydrogen and alcohol 아민화Amination 반응활성 실험 Reaction activity experiment
본 발명에 따라 제조된 촉매는 활성인 상태로 전환시키기 위해 연속 작동되는 고정층 반응기에 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 0.2 g을 충진하였다. 반응기 내부의 촉매와 접촉하는 대기는 수소로 하여 600 ℃에서 1시간 동안 유지시켰고, 그리고 나서 230 ℃까지 냉각시켰다. 활성인 상태로 전환된 실시예 2에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 이용하여 하기 표 3의 반응조건으로 수소와 이소프로필알코올의 비율을 조절하여 수소비율에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 도 3 및 표 3에 나타내었다. 하기 도 3 및 표 3에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 수소의 비율이 증가함에 따라 전환율, 모노이소프로필아민의 선택도 및 수율이 모두 증가하였고, 특히 모노이소프로필아민의 수율은 수소 대 이소프로필알코올의 비율이 16일 때 77.5 %로 나타났으며, 상기 결과로부터 상압반응 조건하에서도 매우 높은 수율을 나타내는 것을 알 수 있다.
The catalyst prepared according to the invention was charged 0.2 g of the catalyst according to the invention prepared in Example 1 into a fixed bed reactor operated continuously to convert it into an active state. The atmosphere in contact with the catalyst inside the reactor was maintained at 600 ° C. for 1 hour with hydrogen and then cooled to 230 ° C. Using a catalyst according to the present invention prepared in Example 2 converted to an active state to reduce the reaction of hydrogen and isopropyl alcohol in the reaction conditions of the following Table 3 to conduct a reductive amination reaction of the catalyst according to the hydrogen ratio Was carried out. The reaction product was analyzed using gas chromatography and the results are shown in FIG. 3 and Table 3 below. As shown in FIG. 3 and Table 3, the catalyst prepared in Example 2 increased both the conversion rate, the selectivity and the yield of monoisopropylamine as the ratio of hydrogen increased, and in particular, the yield of monoisopropylamine. Was 77.5% when the ratio of hydrogen to isopropyl alcohol was 16, and it can be seen from the above results that the yield was very high even under atmospheric pressure reaction conditions.
(℃)Reaction temperature
(℃)
(ml/min)Isopropyl Alcohol
(ml / min)
(ml/min)ammonia
(ml / min)
(ml/min)Hydrogen
(ml / min)
(gmin/mmol)Space time
(gmin / mmol)
(%)Conversion rate
(%)
(%)Monoisopropylamine Selectivity
(%)
(%)Acetone selectivity
(%)
(%)Monoisopropylamine yield
(%)
실험예Experimental Example 4 : 아민 화합물과 알코올의 비율에 따른 환원성 4: reducibility according to ratio of amine compound and alcohol 아민화Amination 반응활성 실험 Reaction activity experiment
본 발명에 따라 제조된 촉매는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 활성화 시켰다. 활성인 상태로 전환된 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 이용하여 하기 표 3의 반응조건으로 암모니아와 이소프로필알코올의 비율을 조절하여 암모니아 비율에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 도 4 및 표 4에 나타내었다. 하기 도 4 및 표 4에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 암모니아의 비율이 증가함에 따라 전환율, 모노이소프로필아민의 선택도 및 수율이 모두 증가하였고, 특히 모노이소프로필아민의 수율은 암모니아 대 이소프로필알코올의 비율이 12일 때 86.1 %로 나타났으며, 상압 반응에서도 매우 높은 수율을 나타내는 것을 알 수 있다.
The catalyst prepared according to the present invention was activated in the same manner as in Experimental Example 1. Reductive amination reaction experiment of the catalyst according to the ammonia ratio by controlling the ratio of ammonia and isopropyl alcohol using the catalyst according to the present invention prepared in Example 1 converted to the active state Was carried out. The reaction product was analyzed using gas chromatography and the results are shown in FIG. 4 and Table 4 below. As shown in FIG. 4 and Table 4, the catalyst prepared in Example 2, the conversion, the selectivity and yield of monoisopropylamine both increased as the ratio of ammonia increased, in particular the yield of monoisopropylamine Was 86.1% when the ratio of ammonia to isopropyl alcohol was 12, and it can be seen that the yield was very high even at atmospheric pressure.
(℃)Reaction temperature
(℃)
(ml/min)Isopropyl Alcohol
(ml / min)
(ml/min)ammonia
(ml / min)
(ml/min)Hydrogen
(ml / min)
(gmin/mmol)Space time
(gmin / mmol)
(%)Total conversion rate
(%)
(%)Monoisopropylamine Selectivity
(%)
(%)Acetone selectivity
(%)
(%)Monoisopropylamine yield
(%)
실험예Experimental Example 5 : 반응온도에 따른 환원성 5: reducibility according to reaction temperature 아민화Amination 반응활성 실험 Reaction activity experiment
본 발명에 따라 제조된 촉매는 활성인 상태로 전환시키기 위해 연속 작동되는 고정층 반응기에 실시예 1에서 제조된 촉매를 0.2 g을 충진하였다. 반응기 내부의 촉매와 접촉하는 대기는 수소로 하여 600 ℃에서 1시간 동안 유지시켰고, 그리고 나서 150 ℃까지 냉각시켰다. 활성인 상태로 전환된 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 이용하여 하기 표 5의 반응조건으로 촉매층의 온도를 조절하여 반응온도에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험을 실시하였다. 반응물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 도 5 및 표 5에 나타내었다. 하기 도 5 및 표 5에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2에서 제조된 촉매는 250 ℃까지 반응 온도가 증가함에 따라 전환율은 계속 증가하였고, 모노이소프로필아민의 선택도는 190 ℃까지 반응온도가 증가함에 따라 증가하였으나 210 ℃부터 감소하였다. 반응온도에 따른 모노이소프로필아민의 수율은 210 ℃일 때 가장 높게 나타났다.
The catalyst prepared according to the present invention was charged 0.2 g of the catalyst prepared in Example 1 to a continuously operated fixed bed reactor to convert it into an active state. The atmosphere in contact with the catalyst inside the reactor was maintained at 600 ° C. for 1 hour with hydrogen and then cooled to 150 ° C. Using the catalyst according to the present invention prepared in Example 1 was converted to the active state by controlling the temperature of the catalyst layer under the reaction conditions of Table 5 was carried out the reductive amination reaction of the catalyst according to the reaction temperature. The reaction was analyzed using gas chromatography and the results are shown in FIG. 5 and Table 5 below. As shown in FIG. 5 and Table 5, the catalyst prepared in Example 2 was continuously increased as the reaction temperature increased to 250 ℃, the selectivity of the monoisopropylamine was increased to 190 ℃ As it increased, it decreased from 210 ° C. The yield of monoisopropylamine according to the reaction temperature was highest at 210 ℃.
(℃)Reaction temperature
(℃)
(ml/min)Isopropyl Alcohol
(ml / min)
(ml/min)ammonia
(ml / min)
(ml/min)Hydrogen
(ml / min)
(gmin/mmol)Space time
(gmin / mmol)
(%)Conversion rate
(%)
(%)Monoisopropylamine Selectivity
(%)
(%)Acetone selectivity
(%)
(%)Monoisopropylamine yield
(%)
실험예Experimental Example 6 : 시간의 경과에 따른 촉매의 활성 감소 실험 6: Experiment of Decreasing Activity of Catalyst with Time
본 발명에 따라 제조된 촉매는 활성인 상태로 전환시키기 위해 연속 작동되는 고정층 반응기에 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 0.2 g을 충진하였다. 반응기 내부의 촉매와 접촉하는 대기는 수소로 하여 600 ℃에서 1시간 동안 유지시켰고, 그리고 나서 210 ℃까지 냉각시켰다. 활성인 상태로 전환된 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 촉매를 이용하여 실험예 5의 반응온도 210 ℃일 때와 동일한 반응조건으로 시간 경과에 따른 환원성 아민화 반응 활성감소 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 도 6 및 표 6에 나타내었다. 하기 도 6 및 표 6에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 촉매는 반응시간 200 시간 경과 후에도 처음과 동일한 촉매 활성을 나타내고 있다. 즉, 상압의 반응조건에서 장시간 촉매의 활성이 감소하지 않는 것으로 나타났다.
The catalyst prepared according to the invention was charged 0.2 g of the catalyst according to the invention prepared in Example 1 into a fixed bed reactor operated continuously to convert it into an active state. The atmosphere in contact with the catalyst inside the reactor was maintained at 600 ° C. for 1 hour with hydrogen and then cooled to 210 ° C. Using the catalyst according to the present invention prepared in Example 1 converted to the active state was carried out the reduction amination reaction activity reduction experiment over time under the same reaction conditions as the reaction temperature of 210 ℃ in Experimental Example 5. The reaction product was analyzed using gas chromatography and the results are shown in FIG. 6 and Table 6 below. As shown in FIG. 6 and Table 6, the catalyst prepared in Example 1 exhibited the same catalytic activity even after 200 hours of reaction time. That is, it was found that the activity of the catalyst does not decrease for a long time under the reaction conditions at atmospheric pressure.
(%)Acetone selectivity
(%)
수율 (%)Monoisopropylamine
Yield (%)
실험예Experimental Example 7 : 비교 촉매의 촉매 활성 실험 7: Catalytic Activity Experiment of Comparative Catalyst
상기 비교예 1, 2 에서 제조된 촉매를 0.2 g을 충진하였다. 반응기 내부의 촉매와 접촉하는 대기는 수소로 하여 600 ℃에서 1시간 동안 유지시켰고, 그리고 나서 230 ℃까지 냉각시켰다. 활성인 상태로 전환된 비교예 1, 2의 촉매를 이용하여 하기 표 7의 반응조건으로 철의 환원성 아민화 반응 활성 실험을 실시하였다. 반응 생성물은 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 하기 하기 표 7에 나타내었다. 상기 비교예 1의 담지된 철의 양이 13중량%인 Fe2O3/γ-Al2O3 촉매는 전환률, 모노이소프로필아민 선택도 및 수율이 60 % 이하로 낮지만 촉매의 활성이 감소하지 않는 것으로 나타났다. 또한 비교예 2의 담지된 코발트의 양이 15중량%인 Co3O4/γ-Al2O3 촉매는 높은 전환률을 나타내지만 시간경과에 따라 촉매의 활성이 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 이는 상기 실험예 1의 결과와 비교할 때 상당히 낮은 수준의 촉매활성임을 확인할 수 있다.
0.2 g of the catalyst prepared in Comparative Examples 1 and 2 were charged. The atmosphere in contact with the catalyst inside the reactor was maintained at 600 ° C. for 1 hour with hydrogen and then cooled to 230 ° C. Using the catalysts of Comparative Examples 1 and 2 converted to the active state, the reductive amination reaction of iron was carried out under the reaction conditions of Table 7 below. The reaction product was analyzed using gas chromatography and the results are shown in Table 7 below. The Fe 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 catalyst having an amount of supported iron of Comparative Example 1 of 13% by weight has a low conversion rate, monoisopropylamine selectivity and yield of 60% or less, but the activity of the catalyst is reduced. Turned out not to. In addition, the Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 catalyst having an amount of 15 wt% of the cobalt supported in Comparative Example 2 showed a high conversion rate, but the activity of the catalyst rapidly decreased with time. This can be confirmed that compared with the results of Experimental Example 1 is a significantly lower level of catalytic activity.
(℃)Reaction temperature
(℃)
(ml/min)Isopropyl Alcohol
(ml / min)
(ml/min)ammonia
(ml / min)
(ml/min)Hydrogen
(ml / min)
(gmin/mmol)Space time
(gmin / mmol)
(%)Conversion rate
(%)
(%)Monoisopropylamine Selectivity
(%)
(%)Monoisopropylamine yield
(%)
Claims (15)
A catalyst for reductive amination of alcohols in which cobalt and iron are supported in an amount of 5 to 20% by weight relative to the total weight of the catalyst on an alumina, silica or alumina-silica support having a specific surface area of 150 to 300 m 2 / g.
The aqueous cobalt precursor solution and the iron precursor aqueous solution are impregnated simultaneously or sequentially in an alumina, silica or alumina-silica support having a specific surface area of 150 to 300 m 2 / g, wherein the cobalt and iron contents are respectively 5 to about the total weight of the catalyst. Impregnating and stirring to 20% by weight, followed by drying and calcining.
The method of claim 6, wherein the cobalt precursor is cobalt chloride, cobalt acetate, cobalt nitrate, or a mixture thereof.
The method of claim 6, wherein the iron precursor is ferric chloride, ferric sulfate, iron nitrate or a mixture thereof.
The method of claim 6, wherein the firing temperature is 400 ~ 600 ℃ the method for producing a catalyst for the reductive amination reaction of alcohol.
수소를 상기 청구항 5의 촉매와 접촉시켜 촉매를 활성화 시키는 단계; 및
상기 활성화 촉매를 상기 아민화 반응 혼합물에 접촉시켜 반응시키는 단계를 포함하는 알킬아민의 제조방법.
Mixing the alcohol and the amine compound at a pressure below atmospheric pressure to form an amination reaction mixture;
Contacting hydrogen with the catalyst of claim 5 to activate the catalyst; And
Contacting the activating catalyst with the amination reaction mixture to produce an alkylamine.
The method of claim 10, wherein the alcohol is isopropyl alcohol, the amine compound is ammonia, and the alkylamine is monoisopropylamine.
The method of claim 10, wherein the volume ratio of alcohol and hydrogen is 1: 1 to 20, characterized in that the alkylamine production method.
The process for producing an alkylamine according to claim 10, wherein the volume ratio of the alcohol and the amine compound is 1: 1 to 15.
The method of claim 10, wherein the space time in the reaction is 30000 to 50000 gmin / mmol.
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