KR20250041124A - Metal-supported catalyst, method for producing alcohol and method for hydrogenation - Google Patents
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Abstract
루테늄, 주석 및 백금을 담체에 담지시킨, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화에 사용되는 금속 담지 촉매로서, 상기 금속 담지 촉매가 추가로 철, 및 크롬 및/또는 몰리브덴이 담지되어 이루어진 금속 담지 촉매이다. 높은 촉매 활성은 유지한 채로, 부생물 수율이 더욱 낮은 촉매, 및 당해 촉매를 사용한, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르로부터 알코올을 제조하는 알코올의 제조 방법, 및 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화 방법을 제공할 수 있다.A metal-supported catalyst for hydrogenation of a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester, wherein ruthenium, tin and platinum are supported on a support, wherein the metal-supported catalyst is further supported with iron, and chromium and/or molybdenum. The present invention provides a catalyst having a lower by-product yield while maintaining high catalytic activity, and a method for producing alcohol from a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester using the catalyst, and a method for hydrogenating a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester.
Description
본 발명은 금속 담지 촉매에 관한 것으로, 상세하게는 높은 선택성으로 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르를 수소화할 수 있는 금속 담지 촉매, 당해 금속 담지 촉매를 사용하는 알코올의 제조 방법, 및 수소화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal-supported catalyst, and more particularly, to a metal-supported catalyst capable of hydrogenating a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester with high selectivity, a method for producing an alcohol using the metal-supported catalyst, and a hydrogenation method.
카복실산 및/또는 카복실산 에스테르를 대응하는 알코올로 환원하는 촉매로서는, 담체에 루테늄, 주석 및 백금을 담지시키고, 이를 수소 등으로 환원 처리한 촉매가 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1, 2). 이 촉매는 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화에서 높은 반응 활성 및 반응 선택률을 나타내며, 양호한 촉매이다.As a catalyst for reducing carboxylic acids and/or carboxylic acid esters to corresponding alcohols, a catalyst has been proposed in which ruthenium, tin and platinum are supported on a carrier and the carrier is reduced with hydrogen or the like (e.g., Patent Documents 1 and 2). This catalyst exhibits high reaction activity and reaction selectivity in the hydrogenation of carboxylic acids and/or carboxylic acid esters, and is a good catalyst.
또한, 특허문헌 3에는, 환원 촉매에 추가로 철이 담지된 촉매가 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 루테늄, 백금, 주석이 주성분 금속으로서 담지되는 환원 촉매에, 철, 코발트, 니켈의 질산염이 첨가된 담지 촉매가 개시되며, 1,4-사이클로헥산디메탄올을 제조하는 것이 개시되어 있다.In addition, patent document 3 discloses a catalyst in which iron is additionally supported on a reduction catalyst. More specifically, a supported catalyst in which nitrates of iron, cobalt, and nickel are added to a reduction catalyst in which ruthenium, platinum, and tin are supported as main component metals is disclosed, and production of 1,4-cyclohexanedimethanol is disclosed.
종래 알려져 있는 특허문헌 1, 2에 기재된 촉매를 사용하여 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화 반응을 실시했을 때, 수소화 활성은 높지만 C-C 결합 및 C-O 결합의 절단을 수반하는 부생물이 생성되어, 목적 생성물의 수율이 저하되는 동시에, 부생물 제거를 위한 정밀한 조작이 필요하게 되는 경우가 있었다.When a hydrogenation reaction of a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester is performed using a catalyst described in previously known patent documents 1 and 2, although the hydrogenation activity is high, by-products accompanied by cleavage of C-C bonds and C-O bonds are generated, so that the yield of the desired product is reduced, and in some cases, precise manipulation for removal of the by-products becomes necessary.
특허문헌 3에 개시되는 촉매는 특허문헌 1및 2에 기재된 촉매와 비교하여 부생물의 생성이 억제되고 있지만, 그의 정도가 불충분하여, 추가적인 개량이 요망되고 있었다.The catalyst disclosed in patent document 3 suppresses the production of by-products compared to the catalysts described in patent documents 1 and 2, but the degree is insufficient, and further improvement is desired.
본 발명은 상기 상황을 감안하여, 높은 촉매 활성은 유지한 채로, 부생물 수율이 더욱 낮은 촉매의 제공을 과제로 한다.In consideration of the above circumstances, the present invention aims to provide a catalyst having a lower by-product yield while maintaining high catalytic activity.
본 발명자들은 루테늄, 주석 및 백금을 담체에 담지시킨 금속 담지 촉매로서, 추가로 철, 및 크롬 및/또는 몰리브덴이 담지되어 이루어진 금속 담지 촉매가 높은 촉매 활성을 유지한 채로, 부생물의 수율을 크게 저하시킬 수 있는 것을 발견했다.The present inventors have found that a metal-supported catalyst comprising ruthenium, tin and platinum supported on a carrier, and additionally supporting iron, and chromium and/or molybdenum, can significantly reduce the yield of by-products while maintaining high catalytic activity.
그의 상세는 분명하지 않지만, 철, 크롬 및 몰리브덴은 촉매 상의 카보닐을 환원하는 활성점이 아니라, C-C 결합 및 C-O 결합을 절단하는 활성점을 선택적으로 억제하는 효과를 발현하고 있는 것으로 추측되며, 특히 철과 크롬의 조합, 철과 몰리브덴의 조합, 더욱더 철, 크롬, 몰리브덴의 3성분의 조합에 의해, 상기 효과를 현저히 발휘할 수 있다는 것을 발견했다.Although the details are not clear, it is presumed that iron, chromium, and molybdenum exhibit the effect of selectively inhibiting the active sites that cleave C-C bonds and C-O bonds, rather than the active sites that reduce carbonyl on the catalyst, and in particular, it was found that the above effect can be significantly exhibited by a combination of iron and chromium, a combination of iron and molybdenum, and further by a combination of the three components of iron, chromium, and molybdenum.
본 발명의 요지는 이하와 같다.The gist of the present invention is as follows.
[1] 루테늄, 주석 및 백금을 담체에 담지시킨, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화에 사용되는 금속 담지 촉매로서, 상기 금속 담지 촉매가 추가로 철, 및 크롬 및/또는 몰리브덴이 담지되어 이루어지는, 금속 담지 촉매.[1] A metal-supported catalyst used for the hydrogenation of a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester, wherein the metal-supported catalyst further comprises iron, and chromium and/or molybdenum supported on a support.
[2] 상기 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 상기 철의 담지량이 0.01질량% 이상 4질량% 이하이고, 또한 상기 크롬 및/또는 몰리브덴의 합계 담지량이 0.01질량% 이상 2질량% 이하인, 상기 [1]에 기재된 금속 담지 촉매.[2] The metal-supported catalyst described in [1] above, wherein the amount of iron supported is 0.01 mass% or more and 4 mass% or less with respect to the total mass of the metal-supported catalyst, and further, the total amount of chromium and/or molybdenum supported is 0.01 mass% or more and 2 mass% or less.
[3] 상기 담체가 탄소질 담체인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 금속 담지 촉매.[3] A metal-supported catalyst as described in [1] or [2], wherein the support is a carbonaceous support.
[4] 상기 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 루테늄, 주석, 백금, 철, 몰리브덴 및 크롬의 합계 담지량이 5질량% 이상인, 상기 [1]~[3] 중 어느 하나에 기재된 금속 담지 촉매.[4] A metal-supported catalyst according to any one of [1] to [3] above, wherein the total supported amount of ruthenium, tin, platinum, iron, molybdenum, and chromium is 5 mass% or more based on the total mass of the metal-supported catalyst.
[5] 상기 금속 담지 촉매가 수소 환원을 거쳐 조제되는, 상기 [1]~[4] 중 어느 하나에 기재된 금속 담지 촉매.[5] A metal-supported catalyst according to any one of [1] to [4], wherein the metal-supported catalyst is prepared through hydrogen reduction.
[6] 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르에, 상기 [1]~[5] 중 어느 하나에 기재된 금속 담지 촉매를 접촉시켜 환원하여, 상기 카복실산 및/또는 상기 카복실산 에스테르의 각각에 대응하는 알코올을 얻는, 알코올의 제조 방법.[6] A method for producing alcohol, comprising contacting a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester with a metal-supported catalyst as described in any one of [1] to [5] to perform reduction, thereby obtaining an alcohol corresponding to each of the carboxylic acid and/or the carboxylic acid ester.
[7] 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르에, 상기 [1]~[5] 중 어느 하나에 기재된 금속 담지 촉매를 접촉시키는, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화 방법.[7] A method for hydrogenating a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester, comprising contacting the carboxylic acid and/or the carboxylic acid ester with a metal-supported catalyst as described in any one of [1] to [5].
[8] 상기 카복실산이 1,4-사이클로헥산디카복실산이고, 상기 카복실산 에스테르가 1,4-사이클로헥산디카복실산의 에스테르인, 상기 [6]에 기재된 알코올의 제조 방법.[8] A method for producing an alcohol as described in [6], wherein the carboxylic acid is 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid and the carboxylic acid ester is an ester of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid.
본 발명에 의하면, 높은 촉매 활성은 유지한 채로, 부생물 수율이 더욱 낮은 촉매, 및 당해 촉매를 사용한 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르로부터 알코올을 제조하는 알코올의 제조 방법, 및 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a catalyst having a lower by-product yield while maintaining high catalytic activity, a method for producing alcohol from a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester using the catalyst, and a method for hydrogenating a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명하지만, 이하에 기재하는 구성 요건의 설명은 본 발명의 실시형태의 일 예(대표예)이며, 본 발명은 이들 내용으로 한정되는 것은 아니고, 그의 요지의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents, and can be implemented by making various modifications within the scope of the gist thereof.
또한 본원에서, 담체에 담지시켜 사용하는 금속(루테늄, 주석, 백금, 그 외 필요에 따라 사용하는 철 등의 금속)을 총칭하여 「금속 성분」이라고 하는 경우가 있다. 또한 상기 금속 성분을 담체에 담지한 것, 이를 환원 처리한 것, 또한 산화 안정화 처리한 것을 총칭하여 「금속 담지 촉매」라고 표현한다. 또한, 이와 같은 산화 안정화 처리를 수행한 「금속 담지 촉매」에 추가로 금속 성분을 담지시킨 것도 「금속 담지 촉매」라고 표현한다. 또한, 금속 담지 촉매에 있어서, 환원 처리하기 전의 단계의 촉매를 「금속 담지물」이라고 하는 경우가 있다.In addition, in this invention, the metal (ruthenium, tin, platinum, iron, etc. used as needed) supported on a carrier may be collectively referred to as a "metal component." In addition, the metal component supported on a carrier, the metal component subjected to reduction treatment, and the metal component subjected to oxidation stabilization treatment may be collectively referred to as a "metal-supported catalyst." In addition, the metal component additionally supported on the "metal-supported catalyst" that has undergone such oxidation stabilization treatment may also be referred to as a "metal-supported catalyst." In addition, in the metal-supported catalyst, the catalyst before the reduction treatment may be referred to as a "metal-supported substance."
[금속 담지 촉매][Metal Supported Catalyst]
본 발명의 금속 담지 촉매(이하, 단순히 「본 촉매」라고 하는 경우가 있다)는 담체에 상기 금속 성분을 담지시킨 금속 담지물을 통상 환원성 기체에 의해 환원 처리하여 얻어진다. 또한, 당해 환원 처리된 금속 담지 촉매를 산화 처리하여 얻어지는 것도 본 발명의 금속 담지 촉매에 포함된다. 또한 이들 처리를 수행한 후에 추가로 금속 성분을 추가한 것도 금속 담지 촉매에 포함된다.The metal-supported catalyst of the present invention (hereinafter, sometimes simply referred to as “the present catalyst”) is obtained by reducing a metal-supported material in which the metal component is supported on a carrier, usually by a reducing gas. In addition, a catalyst obtained by oxidizing the metal-supported catalyst subjected to the reduction treatment is also included in the metal-supported catalyst of the present invention. In addition, a catalyst in which a metal component is additionally added after performing these treatments is also included in the metal-supported catalyst.
본 발명의 금속 담지 촉매는 루테늄과 주석 및 백금을 필수 원소로 한 촉매(이하, 「환원 촉매」라고 칭하는 경우가 있다)로서, 상기 환원 촉매가 추가로 철, 및 크롬 및/또는 몰리브덴이 담지되어 이루어진다. 구체적으로는, 철과 크롬의 조합, 철과 몰리브덴의 조합, 철, 크롬 및 몰리브덴의 3성분의 조합의 태양이 있다. 이와 같은 구성의 금속 담지 촉매로 함으로써, 수소화 활성을 유지한 채로, C-C 결합 및 C-O 결합의 절단을 수반하는 부생물의 수율을 더욱 낮게 억제할 수 있다.The metal-supported catalyst of the present invention is a catalyst containing ruthenium, tin, and platinum as essential elements (hereinafter, sometimes referred to as a "reduction catalyst"), wherein the reduction catalyst is further supported with iron, and chromium and/or molybdenum. Specifically, there are embodiments of a combination of iron and chromium, a combination of iron and molybdenum, and a combination of three components of iron, chromium, and molybdenum. By using a metal-supported catalyst having such a configuration, the yield of by-products accompanied by cleavage of C-C bonds and C-O bonds can be further suppressed while maintaining hydrogenation activity.
예를 들어 카복실산으로서 1,4-사이클로헥산디카복실산을 수소화하면, 목적 생성물인 1,4-사이클로헥산디메탄올과 함께 C-C 절단을 수반하는 사이클로헥산메탄올, C-O 절단을 수반하는 4-메틸사이클로헥산메탄올이 부생물로서 생성되어, 목적 생성물의 수율이 저하된다. 이에 대해, 본 발명의 촉매를 사용함으로써, 부생물의 생성을 효과적으로 억제할 수 있다.For example, when 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid is hydrogenated as a carboxylic acid, cyclohexanemethanol involving C-C cleavage and 4-methylcyclohexanemethanol involving C-O cleavage are generated as by-products along with the target product, 1,4-cyclohexanedimethanol, thereby reducing the yield of the target product. In this regard, by using the catalyst of the present invention, the generation of by-products can be effectively suppressed.
또한, 디올 화합물인 1,4-사이클로헥산디메탄올은 폴리에스테르, 폴리우레탄 등의 수지 원료로서 사용되는 경우가 많지만, 그 경우, 사이클로헥산메탄올, 4-메틸사이클로헥산메탄올 등의 모노알코올은 중합 정지제로서 작용하기 때문에, 수지 합성 시에 혼입을 피하지 않으면 안 되어 제거 조작이 필요하게 된다. 한편, 수소화 반응에서의 부생물의 생성량이 적어지면, 모노알코올을 제거하는 정제 조작이 간략화 또는 스킵할 수 있다는 이점이 있다.In addition, 1,4-cyclohexanedimethanol, a diol compound, is often used as a raw material for resins such as polyester and polyurethane. In such cases, monoalcohols such as cyclohexanemethanol and 4-methylcyclohexanemethanol act as polymerization terminators, so their mixing must be avoided during resin synthesis, and a removal operation becomes necessary. On the other hand, if the amount of by-products produced in the hydrogenation reaction is reduced, there is an advantage in that the purification operation for removing the monoalcohol can be simplified or skipped.
<담체><Carrier>
본 발명에서 사용되는 담체로서는, 표면적이 크고, 금속 성분을 담지할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 활성탄, 카본 블랙 등의 탄소질 담체; 알루미나, 실리카, 규조토, 지르코니아, 티타니아, 하프니아 등의 무기 다공질 담체; 탄화규소, 질화갈륨 등이 사용된다. 그 중에서도, 활성탄, 그래파이트, 흑연 등의 탄소질 담체, 티타니아, 지르코니아가 바람직하며, 안정성이 우수한 점, 공업적으로 입수하기 쉬운 점에서 탄소질 담체가 보다 바람직하고, 고표면적이 되어 메탈의 분산성이 우수하고, 반응 활성을 높이기 쉽다는 점에서 활성탄이 더욱 바람직하게 사용된다. 또한 담체는 1종류를 사용해도, 2종류 이상을 병용해도 상관없다.The carrier used in the present invention is not particularly limited as long as it has a large surface area and can support a metal component, and examples thereof include carbonaceous carriers such as activated carbon and carbon black; inorganic porous carriers such as alumina, silica, diatomaceous earth, zirconia, titania, and hafnia; silicon carbide, gallium nitride, and the like. Among these, carbonaceous carriers such as activated carbon, graphite, and graphite, titania, and zirconia are preferable, and carbonaceous carriers are more preferable in terms of excellent stability and ease of industrial acquisition, and activated carbon is even more preferable in that it has a high surface area, excellent metal dispersibility, and easily increases reaction activity. In addition, it does not matter whether one type of carrier is used or two or more types are used in combination.
담체는 그대로 사용할 수도, 담지에 적절한 형태로 전처리하여 사용할 수도 있다. 예를 들어 탄소질 담체를 사용하는 경우라면, 일본 공개특허공보 제(평)10-71332호에 기재된 바와 같이, 탄소질 담체를 질산으로 가열 처리하고 나서 사용할 수도 있다. 상기 방법에 의해, 담체 상에서의 금속 성분의 분산성을 양호하게 할 수 있으며, 얻어지는 촉매의 활성이 향상된다.The carrier may be used as is, or may be used after being pretreated into a form suitable for the carrier. For example, in the case of using a carbonaceous carrier, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. (H) 10-71332, the carbonaceous carrier may be used after being heat-treated with nitric acid. By the above method, the dispersion of the metal component on the carrier can be improved, and the activity of the resulting catalyst is improved.
본 발명에서 사용되는 담체의 형상, 담체의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그의 형상을 구상(球狀)으로 환산한 경우, 평균 일차 입자 지름은 통상 50 μm 이상, 5 mm 이하이고, 바람직하게는 4 mm 이하이다. 또한 입자 지름은 JIS 규격 JIS Z8815에 기재된 체가름 시험 방법으로 측정한다.The shape and size of the carrier used in the present invention are not particularly limited, but when the shape is converted to a spherical shape, the average primary particle diameter is usually 50 μm or more and 5 mm or less, and preferably 4 mm or less. In addition, the particle diameter is measured by the sieve test method described in JIS standard JIS Z8815.
담체의 아주 적합한 입자 지름은 본 촉매를 사용하는 반응에 따라 상이하기 때문에, 반응에 따라 조정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 본 촉매를 사용하는 반응이 완전 혼합형 반응인 경우에는, 담체의 입자 지름은 통상 50 μm 이상, 바람직하게는 100 μm 이상, 통상 3 mm 이하, 바람직하게는 2 mm 이하이다. 담체의 입자 지름은 작을수록 얻어지는 촉매의 단위 질량당 활성이 높아지는 점에서 바람직하지만, 너무 작아지면, 반응액과 촉매의 분리가 곤란해지는 경우가 있다. 즉, 담체의 입자 지름이 상기 하한값 이상이면 반응 활성의 점에서 바람직하며, 상기 상한값 이하이면 반응액과의 분리가 용이하여 바람직하다.Since the very suitable particle diameter of the carrier varies depending on the reaction using the present catalyst, it is preferable to adjust it depending on the reaction. Specifically, when the reaction using the present catalyst is a complete mixing reaction, the particle diameter of the carrier is usually 50 μm or more, preferably 100 μm or more, and usually 3 mm or less, preferably 2 mm or less. The smaller the particle diameter of the carrier, the higher the activity per unit mass of the obtained catalyst, which is preferable, but if it becomes too small, separation of the reaction solution and the catalyst may become difficult. That is, when the particle diameter of the carrier is equal to or greater than the above lower limit, it is preferable from the viewpoint of reaction activity, and when it is equal to or less than the above upper limit, it is preferable because separation from the reaction solution is easy.
또한, 담체의 형상이 구상이 아닌 경우에는, 그 담체의 부피를 구하고, 동일 부피의 구상 입자의 직경으로서 환산하는 것으로 한다.In addition, if the shape of the carrier is not spherical, the volume of the carrier is calculated and converted into the diameter of a spherical particle of the same volume.
또한, 본 촉매를 사용하는 반응이 고정상 반응인 경우에는, 담체의 입자 지름은 통상 0.5 mm 이상, 5 mm 이하, 바람직하게는 4 mm 이하, 보다 바람직하게는 3 mm 이하이다. 상기 하한값 이상이면 차압(差壓)에 의해 운전이 곤란해지지 않으며, 상기 상한값 이하이면 충분한 반응 활성이 얻어진다.In addition, when the reaction using the present catalyst is a fixed-bed reaction, the particle diameter of the carrier is usually 0.5 mm or more and 5 mm or less, preferably 4 mm or less, and more preferably 3 mm or less. When it is equal to or greater than the lower limit, operation does not become difficult due to differential pressure, and when it is equal to or less than the upper limit, sufficient reaction activity is obtained.
<금속 성분><Metal components>
본 발명의 금속 담지 촉매는 루테늄, 주석, 백금을 필수 원소로서 담체에 담지시킨 촉매이며, 상기 촉매가 추가로 철, 및 크롬 및/또는 몰리브덴(이하 「철 등의 그 외 금속」이라고 하는 경우가 있다)이 담지되어 이루어진 금속 담지 촉매이다. 철과, 크롬 및/또는 몰리브덴을 추가 담지함으로써, 부생물의 생성을 더욱 억제할 수 있다. 부생물의 생성 억제 효과는 철과, 크롬 및/또는 몰리브덴을 담지함으로써 보다 높은 효과가 얻어진다.The metal-supported catalyst of the present invention is a catalyst in which ruthenium, tin, and platinum are supported on a support as essential elements, and the catalyst is further supported with iron, and chromium and/or molybdenum (hereinafter sometimes referred to as “other metals such as iron”). By additionally supporting iron, chromium, and/or molybdenum, the production of by-products can be further suppressed. The effect of suppressing the production of by-products is further enhanced by supporting iron, chromium, and/or molybdenum.
또한, 루테늄, 주석, 백금, 철, 크롬, 몰리브덴 이외에, 본 촉매를 사용한 환원 반응 등의 반응에 악영향을 미치지 않는 한, 필요에 따라 추가로 그 외 금속을 포함하고 있을 수도 있으며, 바람직하게는 로듐, 텅스텐, 레늄, 바륨, 붕소 등의 금속종으로부터 선택되는 적어도 1종류의 금속을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 레늄을 포함하는 것이다.In addition, in addition to ruthenium, tin, platinum, iron, chromium, and molybdenum, the catalyst may additionally contain other metals as needed, as long as they do not adversely affect reactions such as reduction reactions using the catalyst, and preferably contains at least one metal selected from metals such as rhodium, tungsten, rhenium, barium, and boron, and more preferably contains rhenium.
또한, 각 금속 성분의 원료에 대해서는 후술한다.Additionally, the raw materials for each metal component are described below.
(금속 성분의 담지량)(Metal component loading)
본 촉매의 금속 성분의 담지량은 특별히 한정되는 것은 아니며, 금속별로 결정된다. 루테늄의 담지량은 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 질량비로, 통상 1질량% 이상, 바람직하게는 3질량% 이상, 통상 10질량% 이하, 바람직하게는 8질량% 이하이다. 마찬가지로 주석의 담지량은 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 질량비로, 통상 1질량% 이상, 바람직하게는 2질량% 이상, 통상 15질량% 이하, 바람직하게는 10질량% 이하이다. 또한 마찬가지로 백금의 담지량은 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 질량비로, 통상 0.5질량% 이상, 통상 7질량% 이하, 바람직하게는 5질량% 이하이다. 이들 범위로 함으로써, 수소화 촉매로서의 능력이 높아지기 때문에 바람직하다. 그리고 철과, 크롬 및/또는 몰리브덴의 담지량은 바람직하게는 각각 0.01질량% 이상 4질량% 이하, 보다 바람직하게는 2질량% 이하이다. 이 범위로 함으로써, 부생물의 발생을 현저히 저하시킬 수 있다. 즉, 철의 담지량은 0.01질량% 이상, 4질량% 이하인 것이 바람직하며, 0.01질량% 이상 2질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 크롬 및/또는 몰리브덴의 담지량은 어느 하나가 담지되는 경우에는, 각각의 금속의 아주 적합한 담지량의 범위가 0.01질량% 이상 4질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.01질량% 이상 2질량% 이하이다. 크롬 및 몰리브덴이 둘 다 담지되는 경우에는, 둘 다의 합계 담지량이 상기 범위인 것이 바람직하다. 또한, 철과 크롬의 병용에 의한 부생물 억제 효과를 충분히 얻기 위해, 그의 조성비는 전술한 범위이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 100:1 내지 1:100이 사용되고, 보다 바람직하게는 10:1 내지 1:10, 더욱 바람직하게는 10:1 내지 1:5이다. 또한 철과 몰리브덴의 병용의 경우에도 동일한 범위가 바람직하다. 한편 비용면에서 철보다 크롬이나 몰리브덴은 고가이기 때문에, 이 의미에서 철보다 적은 것이 바람직하다.The amount of the metal component of the present catalyst supported is not particularly limited and is determined for each metal. The amount of ruthenium supported is usually 1 mass% or more, preferably 3 mass% or more, usually 10 mass% or less, and preferably 8 mass% or less, in mass ratio with respect to the total mass of the metal-supported catalyst. Similarly, the amount of tin supported is usually 1 mass% or more, preferably 2 mass% or more, usually 15 mass% or less, and preferably 10 mass% or less, in mass ratio with respect to the total mass of the metal-supported catalyst. In addition, similarly, the amount of platinum supported is usually 0.5 mass% or more, usually 7 mass% or less, and preferably 5 mass% or less, in mass ratio with respect to the total mass of the metal-supported catalyst. This is preferable because the ability as a hydrogenation catalyst is enhanced by setting it within these ranges. In addition, the amounts of iron, chromium, and/or molybdenum supported are preferably 0.01 mass% or more and 4 mass% or less, and more preferably 2 mass% or less, respectively. By setting it in this range, the generation of by-products can be significantly reduced. That is, the amount of iron supported is preferably 0.01 mass% or more and 4 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or more and 2 mass% or less. The amount of chromium and/or molybdenum supported, when either one is supported, is in the range of a very suitable amount of each metal supported, preferably 0.01 mass% or more and 4 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or more and 2 mass% or less. When both chromium and molybdenum are supported, it is preferable that the total supported amount of both is in the above range. In addition, in order to sufficiently obtain the by-product suppression effect by the combined use of iron and chromium, the composition ratio is not particularly limited as long as it is in the above range, but, for example, 100:1 to 1:100 is used, more preferably 10:1 to 1:10, and even more preferably 10:1 to 1:5. Also, in the case of combined use of iron and molybdenum, the same range is desirable. On the other hand, since chromium and molybdenum are more expensive than iron in terms of cost, it is desirable to use less than iron in this sense.
금속 담지 촉매의 총질량에 대한 루테늄, 주석, 백금 및 철 등의 그 외 금속의 합계 담지량은 특별히 한정되지 않지만, 통상 5질량% 이상, 바람직하게는 8질량% 이상, 보다 바람직하게는 10질량% 이상, 통상 40질량% 이하, 바람직하게는 30질량% 이하, 보다 바람직하게는 20질량% 이하이다.The total supported amount of other metals such as ruthenium, tin, platinum and iron relative to the total mass of the metal-supported catalyst is not particularly limited, but is usually 5 mass% or more, preferably 8 mass% or more, more preferably 10 mass% or more, and usually 40 mass% or less, preferably 30 mass% or less, more preferably 20 mass% or less.
또한 상기 금속의 담지량은 담지한 금속이 모두 금속 원자인 것으로 환산하여 구한 값이다. 또한, 본 발명의 환원 후의 금속 담지 촉매의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기본적으로 상기한 담체의 크기와 동일하다.In addition, the amount of the metal supported is a value obtained by converting all of the supported metals into metal atoms. In addition, the size of the metal-supported catalyst after reduction of the present invention is not particularly limited, but is basically the same as the size of the support described above.
또한, 담지한 금속(이하 「메탈」이라고 기재하는 경우가 있다)의 담지량은 예를 들어 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 촉매를 분화(粉化)·교반하여 균일한 상태로 하고, 필요에 따라 디스크화하여, 형광 X선 분석에 의해 고체 상태인 채로 분석할 수 있다. 또는, 알칼리 용융 분해 또는 마이크로웨이브를 사용한 가압 분해 후에 균일 용액으로 하고, ICP 발광 분광 분석법(고주파 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석법)으로 분석할 수 있다.In addition, the amount of the supported metal (hereinafter sometimes referred to as "metal") can be measured, for example, by the following method. The catalyst can be powdered and stirred to make it uniform, and, if necessary, made into a disk, and analyzed in a solid state by fluorescent X-ray analysis. Alternatively, it can be made into a uniform solution after alkaline melting decomposition or microwave pressurized decomposition, and analyzed by ICP emission spectrometry (inductively coupled plasma emission spectrometry).
이 중 바람직하게는, 균일 용액으로 함으로써 보다 정밀도가 높은 측정 결과가 얻어지는 점에서, ICP 발광 분광 분석법(고주파 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석법)이다.Among these, the preferred method is ICP emission spectrometry (inductively coupled plasma emission spectrometry) because it provides more precise measurement results by using a homogeneous solution.
<촉매의 제조 방법><Method for manufacturing catalyst>
본 발명에 있어서, 촉매의 제조 방법은 담체에 상기 금속 성분을 담지시키는 공정(이하, 금속 담지 공정이라고 한다) 후, 얻어진 금속 담지물을 환원성 기체에 의해 환원 처리하는 공정을 포함한다. 이하, 공정별로 순서대로 서술한다.In the present invention, the method for manufacturing a catalyst includes a step of supporting the metal component on a carrier (hereinafter referred to as a metal supporting step), followed by a step of reducing the obtained metal supporting material with a reducing gas. The steps are described in order below.
<<금속 담지 공정>><<Metal Support Process>>
금속 담지 공정은 상기한 담체에 상기 금속 성분을 담지시켜, 금속 담지물을 얻는 공정이다. 금속 성분의 담지 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지의 방법을 이용할 수 있다. 담지 시에는, 상기 금속 성분의 원료가 되는 각종 금속 화합물의 용액 또는 분산액을 사용할 수 있다.The metal loading process is a process of obtaining a metal loading material by loading the metal component on the above-mentioned carrier. The method of loading the metal component is not particularly limited, and a known method can be used. When loading, a solution or dispersion of various metal compounds that are raw materials for the metal component can be used.
(금속 담지 방법)(Metal support method)
담체에의 금속 성분의 담지 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 각종 함침법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 금속 이온의 담체에의 흡착력을 이용하여 포화 흡착량 이하의 금속 이온을 흡착시키는 흡착법, 포화 흡착량 이상의 금속 이온의 용액에 담체를 담그고 과잉의 용액을 제거하는 평형 흡착법, 담체의 세공 용적과 동일한 양의 금속 이온의 용액을 첨가하고 전부 담체에 흡착시키는 포어 필링법, 담체의 흡수량에 알맞을 때까지 금속 이온의 용액을 가하여, 담체 표면이 균일하게 젖은 상태이면서도 과잉 용액이 존재하지 않는 상태로 종료하는 incipient wetness법, 담체에 금속 이온의 용액을 함침시키고 교반하면서 용매를 증발시키는 증발 건고(乾固)법, 담체를 건조 상태로 하여 용액을 내뿜는 분무법 등이 있다.The method for supporting the metal component on the carrier is not particularly limited, but various impregnation methods can usually be applied. For example, there are an adsorption method in which metal ions less than the saturation adsorption amount are adsorbed by utilizing the adsorption power of metal ions on the carrier, an equilibrium adsorption method in which the carrier is immersed in a solution of metal ions greater than the saturation adsorption amount and the excess solution is removed, a pore filling method in which a metal ion solution in an amount equal to the pore volume of the carrier is added and the entire solution is adsorbed on the carrier, an incipient wetness method in which a metal ion solution is added until it is suitable for the absorption amount of the carrier and the process is completed in a state where the surface of the carrier is uniformly wet but no excess solution exists, an evaporation-to-drying method in which a metal ion solution is impregnated into the carrier and the solvent is evaporated while stirring, and a spraying method in which a solution is sprayed while the carrier is in a dry state.
상기 방법 중, 포어 필링법, incipient wetness법, 증발 건고법, 분무법이 바람직하며, 보다 바람직하게는 포어 필링법, incipient wetness법, 증발 건고법이다. 상기 방법에 의해, 루테늄, 주석, 백금, 또한 철 등의 그 외 금속 성분을 비교적 균일하게 분산한 상태로 담지시킬 수 있다.Among the above methods, the pore peeling method, the incipient wetness method, the evaporation to dryness method, and the spraying method are preferable, and the pore peeling method, the incipient wetness method, and the evaporation to dryness method are more preferable. By the above methods, ruthenium, tin, platinum, and other metal components such as iron can be supported in a relatively uniformly dispersed state.
담지는 담지하는 전체 메탈 용액을 조제 후 일괄적으로 담지할 수도 있고, 메탈별로 분할 담지할 수도 있다. 또한 분할 담지하는 경우에는, 1종별로 분할 담지할 수도 있고, 복수종의 메탈 용액으로 분할 담지할 수도 있다. 담지 공정을 단축할 수 있는 점에서, 전체 메탈 용액을 일괄 담지하거나, 복수종의 메탈로의 분할 담지가 바람직하다. 분할 담지하는 타이밍은 특별히 한정되지 않으며, 단순히 복수종의 메탈을 몇회로 나누어 담지할 수도 있고, 수소 환원까지의 공정 도중까지 담지한 후, 분할 담지할 수도 있고, 수소 환원 후의 금속 담지 촉매에 분할 담지할 수도 있다.The support may be carried out all at once after preparing the entire metal solution to be supported, or may be carried out in sections by metal. In addition, in the case of sectioned support, the support may be carried out in sections by type, or may be carried out in sections by metal solutions of multiple types. In terms of shortening the support process, it is preferable to support the entire metal solution all at once, or to carry out sectioned support by multiple types of metals. The timing of sectioned support is not particularly limited, and multiple types of metals may be simply supported in sections by several times, or sectioned support may be carried after supporting up to the hydrogen reduction process, or sectioned support may be carried on the metal support catalyst after hydrogen reduction.
(금속 화합물)(metal compound)
담지에 사용하는 금속 화합물로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 담지 방법에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어 염화물, 브롬화물, 요오드화물 등의 할로겐화물; 질산염, 황산염 등의 광산염; 아세트산염 등의 유기산염; 금속 수산화물, 금속 산화물, 유기 금속 화합물, 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 이 중에서는, 할로겐화물, 광산염, 유기산염 등이 바람직하며, 할로겐화물, 광산염이 보다 바람직하고, 할로겐화물을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 할로겐화물 중 특히 염산염 등의 염화물이 바람직하다. 또한 상기 금속 화합물의 적어도 1종이 염화물인 것이 바람직하며, 그의 전부가 염화물인 것이 보다 바람직하다. 염화물을 사용함으로써, 용액 상태에서 금속이 착화하여, 담지한 담체 상에서의 각 금속의 분산 상태가 균일해지는 것으로 생각되며, 안정적으로 담지된다. 또한 얻어지는 촉매 중의 루테늄, 주석, 백금, 또한 철 등의 그 외 금속 성분에 의한 합금 입자의 성장이 억제되고, 활성, 선택성이 향상되는 동시에, 반응 중의 촉매의 안정성이 향상된다.There is no particular limitation on the metal compound used for the support, and it can be appropriately selected depending on the support method. For example, halides such as chloride, bromide, and iodide; mineral salts such as nitrate and sulfate; organic salts such as acetate; metal hydroxides, metal oxides, organometallic compounds, and metal complexes can be used. Among these, halides, mineral salts, and organic salts are preferable, halides and mineral salts are more preferable, and it is even more preferable to use halides, and among the halides, chlorides such as hydrochloride are particularly preferable. In addition, it is preferable that at least one of the metal compounds is a chloride, and it is more preferable that all of them are chlorides. It is thought that by using chlorides, the metal is complexed in a solution state, and the dispersion state of each metal on the supported carrier becomes uniform, and stable support is achieved. In addition, the growth of alloy particles due to other metal components such as ruthenium, tin, platinum, and iron in the obtained catalyst is suppressed, and the activity and selectivity are improved, while the stability of the catalyst during the reaction is improved.
보다 구체적으로는, 루테늄의 경우는 염화루테늄, 질산루테늄 니트로실, 트리스(아세틸아세토나토) 루테늄 등을 들 수 있다. 이들 루테늄염은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.More specifically, in the case of ruthenium, examples thereof include ruthenium chloride, ruthenium nitrate nitrosil, and tris(acetylacetonato)ruthenium. These ruthenium salts may be used alone, or two or more may be used in combination.
주석의 경우는 구체적으로는 염화주석(II), 염화주석(IV), 아세트산주석(II), 아세트산주석(IV), 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 옥사이드, 디부틸주석 디메톡사이드 등의 주석 화합물을 들 수 있다. 주석 화합물은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.Specific examples of tin compounds include tin(II) chloride, tin(IV) chloride, tin(II) acetate, tin(IV) acetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin oxide, and dibutyltin dimethoxide. Tin compounds may be used singly or in combination of two or more.
백금의 경우는 백금 전구체 화합물이 사용되며, 백금 전구체 화합물로서는, 헥사클로라이드백금(IV)산(육수화물 등), 테트라클로로백금(II)산 칼륨, 헥사클로로백금(IV)산 칼륨, 테트라시아노백금(II)산 칼륨, 헥사클로로백금(IV)산 나트륨(육수화물), 헥사하이드록시백금(IV)산 수소, 테트라시아노백금(II)산 칼륨(수화물), 헥사클로로백금산(IV) 테트라부틸암모늄 등을 들 수 있다. 백금 전구체 화합물은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.In the case of platinum, a platinum precursor compound is used, and examples of the platinum precursor compound include platinum(IV) hexachloride (hexahydrate, etc.), potassium tetrachloroplatinate, potassium hexachloroplatinate, potassium tetracyanoplatonate, sodium hexachloroplatinate (hexahydrate), hydrogen hexahydroxyplatinate, potassium tetracyanoplatonate (II) (hydrate), tetrabutylammonium hexachloroplatinate, etc. The platinum precursor compound may be used alone or in combination of two or more.
철 등의 그 외 금속 화합물로서, 구체적으로는 이하에 예시되는 철염, 크롬 화합물, 몰리브덴 화합물을 사용할 수 있다.As other metal compounds such as iron, specifically, iron salts, chromium compounds, and molybdenum compounds exemplified below can be used.
철염으로서는, 염화철, 질산철, 황산철 및 철 아세틸아세토나토로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.As the iron salt, it is preferable to use one selected from the group consisting of iron chloride, iron nitrate, iron sulfate and iron acetylacetonato.
크롬 화합물로서는, 질산크롬, 황산크롬, 염화크롬 등의 무기산염이나 아세트산크롬, 옥살산크롬, 크롬 아세틸아세토나토 등의 유기산염, 산화크롬 촉매의 제조에 이용하는 것이 알려져 있는 다양한 것을 사용할 수 있다.As chromium compounds, various ones known to be used in the production of chromium oxide catalysts, such as inorganic acid salts such as chromium nitrate, chromium sulfate, and chromium chloride, organic acid salts such as chromium acetate, chromium oxalate, and chromium acetylacetonate, and inorganic acid salts such as chromium nitrate, chromium sulfate, and chromium chloride, can be used.
몰리브덴 화합물로서는, 산화 상태의 몰리브덴 원소를 포함하는 몰리브덴 화합물이 바람직하며, 예를 들어 삼산화몰리브덴, 몰리브덴산, 몰리브덴산염, 헤테로폴리산 등을 들 수 있다. 그 중에서도 삼산화몰리브덴, 몰리브덴산염이 보다 바람직하다. 몰리브덴산염으로서는, 예를 들어 파라몰리브덴산 암모늄, 디몰리브덴산 암모늄, 테트라몰리브덴산 암모늄 등이 있다. 몰리브덴 원료는 1종을 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.As the molybdenum compound, a molybdenum compound containing molybdenum element in an oxidation state is preferable, and examples thereof include molybdenum trioxide, molybdic acid, molybdate salt, and heteropolyacid. Among these, molybdenum trioxide and molybdate salt are more preferable. As the molybdate salt, examples thereof include ammonium paramolybdate, ammonium dimolybdate, and ammonium tetramolybdate. One type of molybdenum raw material may be used, or two or more types may be used in combination.
(용매)(menstruum)
상기 금속 화합물을 담체에 담지할 때, 각종 용매를 사용하여 금속 화합물을 용해 또는 분산하여, 각종 담지 방법에 사용할 수 있다. 이 때 이용하는 용매의 종류는 금속 화합물을 용해 또는 분산할 수 있고, 후에 실시하는 금속 담지물의 소성 및 수소 환원, 나아가서는 본원 촉매를 사용한 수소화 반응에 악영향을 미치지 않으면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 아세톤 등의 케톤 용매, 메탄올, 에탄올 등의 알코올 용매, 테트라하이드로푸란, 에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르 용매, 물 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 사용할 수도, 혼합 용매로서 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 상기 금속 화합물로서 바람직하게는 할로겐화물, 보다 바람직하게는 염화물이 사용되지만, 이들 할로겐화물의 용해도가 높기 때문에, 바람직하게는 물이 사용된다.When supporting the metal compound on the carrier, various solvents can be used to dissolve or disperse the metal compound, and can be used in various supporting methods. The type of solvent used at this time is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the metal compound, and does not adversely affect the subsequent calcination and hydrogen reduction of the metal support, and further the hydrogenation reaction using the present catalyst. Examples thereof include ketone solvents such as acetone, alcohol solvents such as methanol and ethanol, ether solvents such as tetrahydrofuran and ethylene glycol dimethyl ether, and water. These solvents can be used alone or as a mixed solvent. In the present invention, as described above, a halide is preferably used as the metal compound, and more preferably a chloride, but since the solubility of these halides is high, water is preferably used.
또한, 금속 화합물을 용해 또는 분산할 때, 용매 이외에, 각종 첨가제를 가할 수도 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 제(평)10-15388호에 기재된 바와 같이, 카복실산 및/또는 카보닐 화합물 용액을 첨가함으로써, 담체에 담지시켰을 때, 담체 상에서의 각 금속 성분의 분산성을 개량할 수 있다.In addition, when dissolving or dispersing a metal compound, various additives may be added in addition to a solvent. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. (Hei) 10-15388, by adding a carboxylic acid and/or carbonyl compound solution, when supported on a carrier, the dispersibility of each metal component on the carrier can be improved.
<금속 담지물><Metal carrier>
상기 금속 성분을 담체에 담지한 금속 담지물은 필요에 따라 건조하여 사용할 수 있으며, 건조하여 사용하는 것이 바람직하다. 금속 담지물을 미건조하여 후속하는 환원 처리를 실시한 경우, 반응 활성이 낮아지는 경우가 있으며, 특히 이어서 후술하는 탈할로겐 처리를 실시하는 경우, 탈할로겐 처리에 통상 사용하는 알칼리 존재하에서의 금속염의 용출을 억제할 수 있다는 점에서, 건조하는 것이 바람직하다.The metal carrier containing the above metal component can be used after drying as needed, and it is preferable to use it after drying. If the metal carrier is not dried and subsequent reduction treatment is performed, the reaction activity may be lowered, and especially, when the dehalogen treatment described below is performed subsequently, it is preferable to dry it because it is possible to suppress the elution of the metal salt in the presence of an alkali usually used in the dehalogen treatment.
건조 방법은 담지 시에 사용한 용매 등이 제거되면 무방하며, 특별히 한정은 되지 않는다. 통상은 불활성 가스 존재하 또는 유통하에서 수행된다.The drying method is not particularly limited as long as the solvent used during storage is removed. It is usually performed in the presence or circulation of an inert gas.
건조하는 압력은 특별히 한정은 되지 않으나, 통상, 상압하 또는 감압 조건하에서 수행한다.The drying pressure is not particularly limited, but is usually performed under atmospheric pressure or reduced pressure conditions.
건조하는 온도는 특별히 한정은 되지 않으나, 통상 300℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하, 보다 바람직하게는 200℃ 이하, 통상 80℃ 이상에서 실시한다.The drying temperature is not particularly limited, but is usually 300°C or lower, preferably 250°C or lower, more preferably 200°C or lower, and usually 80°C or higher.
<탈할로겐 처리 및 세정><Dehalogenation and cleaning>
상기 금속 담지물은 후술하는 환원 공정 전에, 필요에 따라 탈할로겐 처리를 수행할 수 있다. 전술한 금속 담지 공정 시에, 특히 금속 성분의 원료로서 염화물 등의 할로겐화물을 사용한 경우, 후술하는 환원 공정에서, 할로겐 화합물이 환원 장치 내에서 발생하는 경우가 있다. 실험실 규모의 처리량에서는 문제가 되지 않지만, 공업적으로 대량으로 환원 처리를 하는 경우, 대량의 할로겐 화합물이 환원 장치 내에서 발생하여, 배기가스 처리가 필요해지는 경우가 있는 동시에, 장치의 부식이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에 환원 공정을 실시하기 전에는, 탈할로겐 처리를 하는 것이 바람직하다.The above metal support may be subjected to dehalogen treatment if necessary before the reduction process described below. In the metal support process described above, particularly when a halide such as chloride is used as a raw material for the metal component, halogen compounds may be generated within the reduction device during the reduction process described below. This is not a problem in laboratory-scale processing, but when performing industrial-scale reduction processing in large quantities, a large amount of halogen compounds may be generated within the reduction device, requiring exhaust gas treatment, and may also cause corrosion of the device. Therefore, it is preferable to perform dehalogen treatment before performing the reduction process.
탈할로겐 처리의 방법으로서는 특별히 한정되지 않으나, 통상은 상기 금속 담지물을 기상 또는 액상으로 알칼리성 화합물과 접촉시키고, 금속 담지물 중의 할로겐화물을 반응시킨 후, 기상 처리 또는 세정으로 제거할 수 있다. 그 중에서도, 조작의 용이성, 금속 담지물로부터의 할로겐화물 제거 효율의 좋음으로 인해, 액상으로 알칼리성 화합물과 접촉시켜 처리하고, 그 후 세정에 의해 제거하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 알칼리성 수용액과 접촉시킨 후, 수세하는 것이 보다 바람직하다.The method for dehalogenation treatment is not particularly limited, but is usually performed by contacting the metal carrier with an alkaline compound in a gaseous or liquid phase, reacting the halogenide in the metal carrier, and then removing it by gaseous treatment or washing. Among these, it is preferable to treat it by contacting it with an alkaline compound in a liquid phase, and then removing it by washing, because of the ease of operation and the good efficiency of removing the halogenide from the metal carrier. Specifically, it is more preferable to contact it with an alkaline aqueous solution and then wash it with water.
탈할로겐 처리 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 10℃ 이상, 바람직하게는 20℃ 이상, 통상 150℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이하, 보다 바람직하게는 80℃ 이하에서 수행한다. 상기 하한값 이상이면, 탈할로겐 처리를 효율적으로 수행할 수 있으며, 또한 상기 상한값 이하이면, 용매, 처리에 사용하는 알칼리 화합물의 휘산, 열분해 등이 발생하지 않는다.The temperature of the dehalogen treatment is not particularly limited, but is usually 10°C or higher, preferably 20°C or higher, usually 150°C or lower, preferably 100°C or lower, and more preferably 80°C or lower. If it is higher than the lower limit, the dehalogen treatment can be performed efficiently, and if it is lower than the upper limit, volatilization, thermal decomposition, etc. of the solvent or the alkaline compound used for the treatment do not occur.
탈할로겐 처리에 알칼리성 수용액을 사용하는 경우, 알칼리성 수용액의 pH는 특별히 한정은 되지 않으나, 통상 pH는 7.5 이상, 바람직하게는 8.0 이상, 통상 13.0 이하, 바람직하게는 12.5 이하이다. 상기 상한값 이하이면, pH가 너무 높은 것으로 인한 담지 금속 변질의 우려가 없으며, 후술하는 세정 과정에서 담지 금속의 용출이 발생하기 어렵다. 또한 상기 하한값 이상이면, 충분한 탈할로겐이 수행된다.When an alkaline aqueous solution is used for dehalogenation treatment, the pH of the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but is usually 7.5 or higher, preferably 8.0 or higher, and usually 13.0 or lower, preferably 12.5 or lower. When it is below the upper limit, there is no concern about the deterioration of the supported metal due to the pH being too high, and it is difficult for the supported metal to be eluted during the washing process described later. In addition, when it is above the lower limit, sufficient dehalogenation is performed.
알칼리 화합물의 종류로서는, 예를 들어 알칼리 금속의 탄산염, 중탄산염, 암모니아 또는 탄산암모늄, 중탄산암모늄 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그 중에서도 약염기성의 알칼리 화합물이 바람직하다. 암모니아나 암모늄염 등의 약염기성의 알칼리 화합물을 사용하는 것이 강염기성의 알칼리 화합물을 사용하는 것보다 활성이 높은 촉매가 얻어지는 경향이 있다.As the type of alkaline compound, for example, alkali metal carbonates, bicarbonates, ammonia, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, etc. can be used. These can be used alone or in combination of two or more. Among them, weakly basic alkaline compounds are preferable. Using weakly basic alkaline compounds such as ammonia or ammonium salts tends to yield a catalyst with higher activity than using strongly basic alkaline compounds.
알칼리 화합물의 양으로서는, 담체에 함유되어 있는 할로겐 이온에 대하여 통상은 0.1~50당량, 바람직하게는 1~20당량, 더욱 바람직하게는 1~10당량 사용한다. 알칼리 화합물은 통상 수용액으로서 사용하는데, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 추가로는 에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 수용성 용매나, 추가로는 이들과 물의 혼합 용매를 사용할 수도 있다. 알칼리성 수용액은 금속 담지물의 금속 성분을 담지하고 있는 담체의 세공을 완전히 충전하는 양, 즉 담체의 세공 용량 이상 사용하는 것이 바람직하다. 알칼리성 수용액의 사용량은 알칼리성 수용액의 농도에도 의존하기 때문에 특별히 한정은 되지 않으나, 통상, 사용하는 금속 담지물의 담체의 세공 용량의 0.8배 이상 20배 이하, 바람직하게는 1배 이상 10배 이하, 더욱 바람직하게는 1배 이상 5배 이하이다.The amount of the alkaline compound is usually 0.1 to 50 equivalents, preferably 1 to 20 equivalents, and more preferably 1 to 10 equivalents, relative to the halogen ion contained in the carrier. The alkaline compound is usually used as an aqueous solution, and a water-soluble solvent such as methanol, ethanol, acetone, or further ethylene glycol dimethyl ether, or further a mixed solvent of these and water can be used. It is preferable to use the alkaline aqueous solution in an amount that completely fills the pores of the carrier supporting the metal component of the metal support, that is, more than the pore capacity of the carrier. The amount of the alkaline aqueous solution to be used is not particularly limited because it depends on the concentration of the alkaline aqueous solution, but is usually 0.8 to 20 times the pore capacity of the carrier of the metal support used, preferably 1 to 10 times, and more preferably 1 to 5 times.
알칼리 화합물에 의한 처리를 거친 금속 담지물은 과잉의 알칼리 화합물이나 생성된 할로겐화물을 세정 제거하는 것이 바람직하다. 세정에는 과잉의 알칼리 화합물, 생성된 할로겐화물을 용해하는 용액이면 사용 가능하지만, 그 중에서도 물이 바람직하다. 그 경우, 세정 온도는 특별히 한정되지 않으며, 통상 10℃ 이상, 100℃ 이하에서 세정을 실시하지만, 온수에서의 세정 효율이 좋기 때문에 바람직하게는 40℃ 이상, 보다 바람직하게는 50℃ 이상이다.It is preferable that the metal support treated with an alkaline compound be washed to remove excess alkaline compounds or generated halogenides. For washing, any solution that dissolves excess alkaline compounds or generated halogenides can be used, but water is preferred. In that case, the washing temperature is not particularly limited, and washing is usually performed at 10°C or higher and 100°C or lower, but since the washing efficiency in warm water is good, it is preferably 40°C or higher, more preferably 50°C or higher.
상기 알칼리 처리 후, 또는 상기 세정 후에, 필요에 따라 추가로 건조를 수행할 수도 있다. 건조 조건으로서는, 상기 금속 담지물의 건조와 동일한 조건이 사용된다.After the above alkali treatment or after the above washing, additional drying may be performed as needed. As drying conditions, the same conditions as for drying the metal support are used.
<환원 처리 및 환원성 기체><Reduction treatment and reducing gas>
상기 금속 담지물은 환원성 기체에 의해 환원 처리를 수행하여, 금속 담지 촉매로 하는 것이 바람직하다. 본원 발명에서의 환원성 기체란, 환원성을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 수소, 메탄올, 하이드라진 등이 이용되고, 바람직하게는 수소이다. 즉 본 발명의 금속 담지 촉매는 수소 환원을 거쳐 조제된 것인 것이 바람직하다.It is preferable that the above metal support be reduced by a reducing gas to form a metal-supported catalyst. The reducing gas in the present invention is not particularly limited as long as it has reducing properties, and examples thereof include hydrogen, methanol, hydrazine, etc., and is preferably hydrogen. That is, it is preferable that the metal-supported catalyst of the present invention is prepared through hydrogen reduction.
또한, 본 발명에서의 환원 처리에서는, 환원성 기체의 종류에 상관없이 환원 반응이 일어나, 금속 담지 촉매가 된다. 환원 처리에 필요한 환원성 기체의 양은 「수소 흡수량」으로서 표현한다.In addition, in the reduction treatment of the present invention, a reduction reaction occurs regardless of the type of reducing gas, resulting in a metal-supported catalyst. The amount of reducing gas required for the reduction treatment is expressed as the “hydrogen absorption amount.”
본 발명에서는 특별히 한정은 되지 않으나, 금속 담지물의 환원 처리를 일단으로 실시할 수도 있고, 다단계로 환원 처리를 실시할 수도 있다.In the present invention, there is no particular limitation, but the reduction treatment of the metal support may be performed in one step or in multiple stages.
(환원 처리 온도)(Reduction treatment temperature)
본 발명의 금속 담지 촉매의 제조 시에는, 처리 온도역을 제어하여 환원 처리를 실시하는 것이 바람직하다.When producing the metal-supported catalyst of the present invention, it is preferable to perform a reduction treatment by controlling the treatment temperature range.
환원 처리 온도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 일정 온도일 수도, 변화시킬 수도 있다. 통상 80℃ 이상, 바람직하게는 100℃ 이상, 보다 바람직하게는 150℃ 이상, 통상 650℃ 이하, 바람직하게는 600℃ 이하, 보다 바람직하게는 580℃ 이하이다. 상기 상한 온도 이하이면, 금속 성분의 신터링이나 담체에 대한 악영향이 없으며, 한편 상기 하한값 이상이면, 환원 반응이 충분히 진행된다.The reduction treatment temperature is not particularly limited and may be a constant temperature or may be varied. It is usually 80°C or higher, preferably 100°C or higher, more preferably 150°C or higher, and usually 650°C or lower, preferably 600°C or lower, more preferably 580°C or lower. If it is below the upper limit temperature, there is no sintering of the metal component or adverse effects on the carrier, while if it is above the lower limit temperature, the reduction reaction proceeds sufficiently.
환원 처리는 구체적으로는, 바람직한 온도 범위의 특정 온도로 일정 시간 유지한 상태에서 수행할 수도 있고, 바람직한 온도 범위 내를 일정 시간 승온하면서 수행할 수도 있다. 반응 시간의 효율화의 관점에서는, 환원 처리에 의해 금속 담지물이 발열을 수반하여, 반응계의 온도가 상승하기 때문에, 일정 시간 승온하면서 환원 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 한편, 심한 발열을 수반하는 경우에는, 반응의 제어를 정확히 수행할 수 있도록 일정 온도에서 유지하는 방법이 바람직하다.Specifically, the reduction treatment can be carried out while maintaining a specific temperature within a desired temperature range for a certain period of time, or can be carried out while increasing the temperature within the desired temperature range for a certain period of time. From the viewpoint of improving the efficiency of the reaction time, it is preferable to carry out the reduction treatment while increasing the temperature for a certain period of time, because the metal support is accompanied by heat generation due to the reduction treatment, and the temperature of the reaction system rises. On the other hand, in the case where severe heat generation is involved, a method of maintaining the temperature at a certain level is preferable so that the reaction can be controlled accurately.
(환원성 기체 농도)(reducing gas concentration)
본 촉매의 환원 처리 시의 환원성 기체의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100부피%의 환원성 기체일 수도, 불활성 가스로 희석되어 있을 수도 있다. 여기서 말하는 불활성 가스란 금속 담지물, 또는 환원성 기체와 반응하지 않는 가스이며, 질소, 수증기 등을 들 수 있고, 통상 질소가 사용된다. 불활성 가스로 희석되었을 때의 환원성 기체의 농도는 전체 기체 성분에 대하여, 통상 5부피% 이상, 바람직하게는 15부피% 이상, 보다 바람직하게는 30부피% 이상이며, 더욱 바람직하게는 50부피% 이상이다. 또한 환원 초기에 저농도의 환원성 기체를 사용하고, 그 후 서서히 환원성 기체의 농도를 높여 환원 처리할 수도 있다.The concentration of the reducing gas during the reduction treatment of the present catalyst is not particularly limited, but may be 100% by volume of the reducing gas, or may be diluted with an inert gas. The inert gas referred to here is a gas that does not react with the metal support or the reducing gas, and examples thereof include nitrogen, water vapor, etc., and nitrogen is usually used. The concentration of the reducing gas when diluted with an inert gas is usually 5% by volume or more, preferably 15% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and even more preferably 50% by volume or more, with respect to the total gas components. In addition, a low-concentration reducing gas may be used at the beginning of the reduction, and then the concentration of the reducing gas may be gradually increased to perform the reduction treatment.
(유량)(flux)
환원성 기체의 유량을 결정하기 위해서는 촉매의 환원 시의 수소 흡수량을 미리 파악해 두는 것이 바람직하다. 수소 흡수량의 측정 방법은 특별히 한정되지 않으나, 통상은 단위 시간당 수소 공급량을 조정하며, 또한 단위 시간당 승온 시간을 조정하면서 환원을 수행하는 방법, 즉 Temperature Programmed Reduction법(이하 TPR법이라고 한다)으로 수행하는 것이 바람직하다. 이 방법을 사용함으로써 본 촉매의 수소 흡수량과 흡수 온도를 정밀하게 측정할 수 있다.In order to determine the flow rate of the reducing gas, it is desirable to know the amount of hydrogen absorbed by the catalyst during reduction in advance. The method for measuring the amount of hydrogen absorbed is not particularly limited, but it is usually desirable to perform the reduction by adjusting the amount of hydrogen supplied per unit time and also adjusting the temperature increase time per unit time, that is, the Temperature Programmed Reduction method (hereinafter referred to as the TPR method). By using this method, the amount of hydrogen absorbed and the absorption temperature of the catalyst can be precisely measured.
TPR법은 용기 내에 측정 대상 촉매를 두고, 일정 유량의 수소를 흘리면서 용기를 승온하고, 상기 용기의 입구와 출구의 수소량을 연속적으로 측정한다. 이러한 방법에 의해, 금속 담지 촉매의 환원 시의 수소 흡수량을 파악할 수 있다. 구체적으로는 실시예에 기재한 방법으로 측정할 수 있다.The TPR method places a target catalyst in a container, increases the temperature of the container while flowing a constant flow of hydrogen, and continuously measures the amount of hydrogen at the inlet and outlet of the container. By this method, the amount of hydrogen absorbed during reduction of a metal-supported catalyst can be determined. Specifically, it can be measured by the method described in the examples.
본 촉매의 환원 처리 시, 환원성 기체는 반응기 중에 밀폐하여 사용할 수도 있고, 반응기 중을 유통시켜 사용할 수도 있으나, 반응기 중을 유통하고 있는 것이 바람직하다. 환원 처리에 의해 반응기 중에 물이나 염화암모늄 등이 부생하고, 이들 부생물이 환원 처리 전의 금속 담지물, 환원 처리된 금속 담지물, 얻어진 촉매에 대한 악영향을 미치는 경우가 있으며, 이를 방지할 수 있다. 즉, 환원성 기체를 유통시킴으로써, 부생물을 반응계 외로 배출할 수 있다.During the reduction treatment of the present catalyst, the reducing gas can be used in a sealed reactor or circulated through the reactor, but it is preferable to circulate through the reactor. Water or ammonium chloride, etc. are produced as by-products in the reactor due to the reduction treatment, and these by-products may have adverse effects on the metal support before the reduction treatment, the metal support subjected to the reduction treatment, and the obtained catalyst, but this can be prevented. In other words, by circulating the reducing gas, the by-products can be discharged outside the reaction system.
환원 처리에 필요한 환원성 기체의 양은 본 발명의 목적을 달성하는 한 특별히 한정되는 것은 아니며, 환원하는 장치나, 환원 시의 반응기의 크기나 유동시키는 조건에 따라 적절히 설정할 수 있다. 통상은 상기 TPR법으로 구한 수소 흡수량에 대하여, 수소가 촉매층을 유통하는 접촉 효율이 높은 조건에서 각 환원 처리에서 필요한 수소량의 1.5배 이상, 바람직하게는 2배 이상, 더욱 바람직하게는 3배 이상, 특히 바람직하게는 5배 이상의 유량으로 한다. 상기 하한값 이상이면, 특히 수소와의 접촉 효율이 충분한 경우에는 환원이 충분히 수행된다. 상한은 특별히 제한은 없지만, 배기 가스의 처리 문제가 없고, 환원성 기체에 의한 금속 담지물 또는 제조된 촉매의 비산이 없으며, 나아가서는 여분의 환원성 기체의 낭비를 피한다는 관점에서, 통상 500배 이하, 바람직하게는 200배 이하로 한다.The amount of reducing gas required for the reduction treatment is not particularly limited as long as the purpose of the present invention is achieved, and can be appropriately set depending on the reducing device, the size of the reactor during reduction, and the flow conditions. Usually, with respect to the hydrogen absorption amount obtained by the above TPR method, the flow rate is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more, and most preferably 5 times or more, the amount of hydrogen required for each reduction treatment under the condition that the contact efficiency of hydrogen flowing through the catalyst layer is high. If it is equal to or greater than the lower limit, reduction is sufficiently performed, particularly when the contact efficiency with hydrogen is sufficient. The upper limit is not particularly limited, but from the viewpoints of no problem in treating exhaust gas, no flying of the metal support or the manufactured catalyst due to the reducing gas, and furthermore, avoiding waste of excess reducing gas, it is usually 500 times or less, and preferably 200 times or less.
(환원 처리 시간)(Reduction processing time)
환원 처리에 필요한 시간은 처리하는 금속 담지물 등의 양이나, 사용하는 장치 등에 따라 상이하지만, 통상 7분 이상, 바람직하게는 15분 이상, 보다 바람직하게 30분 이상, 더욱 바람직하게는 1시간 이상, 가장 바람직하게는 2시간 이상이며, 통상 40시간 이하, 바람직하게는 30시간 이하이다.The time required for reduction treatment varies depending on the amount of metal support to be treated, the device used, etc., but is usually 7 minutes or longer, preferably 15 minutes or longer, more preferably 30 minutes or longer, even more preferably 1 hour or longer, and most preferably 2 hours or longer, and is usually 40 hours or shorter, preferably 30 hours or shorter.
상기 금속 담지물의 환원의 정도는 후술하는 환원 처리 후의 산화 안정화한 금속 담지 촉매 중의 할로겐 농도에 의해 판단할 수 있다. 상기 금속 담지 촉매 중의 할로겐 농도는 특별히 한정되지 않으나, 통상 0.8질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.7질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5질량% 이하이다. 당해 할로겐 농도는 낮은 것이, 본 촉매를 사용한 환원 반응 시에 반응액 중으로의 할로겐의 용출이 억제되기 때문에 바람직하다. 할로겐 농도의 하한은 특별히 한정되지 않으나, 통상 0.005질량% 이상, 바람직하게는 0.01질량% 이상이다. 상기 범위 내에 할로겐 농도가 있는 경우, 금속 담지물의 환원 처리가 충분히 수행되고, 반응액 중으로의 할로겐의 용출이 낮게 억제되는 동시에, 본 촉매를 사용한 환원 반응의 활성이 향상되면서, 반응 선택성도 향상되며, 더욱 촉매의 안정성도 향상된다.The degree of reduction of the above metal support can be judged by the halogen concentration in the oxidation-stabilized metal support catalyst after the reduction treatment described below. The halogen concentration in the metal support catalyst is not particularly limited, but is usually 0.8 mass% or less, more preferably 0.7 mass% or less, and even more preferably 0.5 mass% or less. The lower halogen concentration is preferable because the elution of halogen into the reaction solution is suppressed during the reduction reaction using the present catalyst. The lower limit of the halogen concentration is not particularly limited, but is usually 0.005 mass% or more, and preferably 0.01 mass% or more. When the halogen concentration is within the above range, the reduction treatment of the metal support is sufficiently performed, the elution of halogen into the reaction solution is suppressed to a low level, and at the same time, the activity of the reduction reaction using the present catalyst is improved, while the reaction selectivity is also improved, and the stability of the catalyst is further improved.
<바람직한 제조 방법의 태양><The Sun of Desirable Manufacturing Method>
본 발명의 촉매의 제조 방법은 상술한 바와 같이, 금속 담지 공정, 탈할로겐 공정, 세정 공정, 환원 공정을 거치지만, 바람직한 제조 방법의 태양으로서, 환원 공정에서, 고정상에서 환원성 가스를 촉매에 통과시키는 방법, 트레이 또는 벨트 위에 정치하고 있는 촉매에 환원성 가스를 유통시키는 방법, 유동한 촉매 중에 환원성 가스를 유통시키는 방법이 있다. 이들 중, 환원 처리에서의 금속 담지물을 유동시키면서 환원 처리를 시키는 것이 바람직하다. 유동시키면서 환원 처리를 함으로써, 환원 처리 시의 금속 담지물과 환원성 기체의 접촉하는 표면적이 증가하기 때문에, 환원 처리의 효율이 향상된다.The method for producing the catalyst of the present invention comprises, as described above, a metal supporting process, a dehalogenation process, a washing process, and a reduction process. However, as a preferred embodiment of the manufacturing method, in the reduction process, there is a method of passing a reducing gas through a catalyst in a fixed bed, a method of circulating a reducing gas through a catalyst which is stationary on a tray or belt, and a method of circulating a reducing gas through a fluidized catalyst. Of these, it is preferred to perform the reduction treatment while fluidizing the metal supporting material in the reduction treatment. By performing the reduction treatment while fluidizing, the surface area of contact between the metal supporting material and the reducing gas during the reduction treatment increases, so the efficiency of the reduction treatment is improved.
구체적으로 유동시키는 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 환원 처리하는 금속 담지물 등이 환원성 기체와의 접촉 표면적이 증가하는 움직임을 수반하고 있으면 되며, 예를 들어 환원 처리하는 금속 담지물 등이 들어있는 반응기를 회전시키는 방법이나, 반응기 중의 금속 담지물 등이 교반되거나 상하동(上下動)하는 장치 구성을 편입하는 등의 방법이 있다.There is no particular limitation on the method of specifically fluidizing, and it is sufficient that the metal carrier, etc., which is subjected to reduction treatment, is accompanied by a movement that increases the surface area of contact with the reducing gas. For example, there is a method of rotating a reactor containing the metal carrier, etc., which is subjected to reduction treatment, or a method of incorporating a device configuration in which the metal carrier, etc. in the reactor is stirred or moves up and down.
구체적인 유동 방법으로서는, 각종 킬른(가열로)을 사용하여 처리하는 방법을 들 수 있다.As a specific fluidization method, a method of processing using various kilns (heating furnaces) can be mentioned.
구체적으로 바람직한 제조 방법으로서는, 예를 들어 연속식 킬른이나, 배치식 킬른을 사용하는 태양을 들 수 있다.Specifically, preferred manufacturing methods include, for example, methods using a continuous kiln or a batch kiln.
(연속식 킬른)(Continuous kiln)
연속식 킬른으로서는, 연속적으로 금속 담지물을 공급하여 환원을 실시하고, 연속적으로 환원된 촉매를 배출할 수 있는 것을 말한다. 구체적으로는 연속식 로터리 킬른, 롤러 허스 킬른, 벨트 킬른, 터널 킬른 등이 있는데, 그 중에서도 본 발명의 제조 방법에서는, 금속 담지물의 유동성이 높고, 환원성 기체와의 접촉 효율이 높아지기 때문에 연속식 로터리 킬른이 바람직하다.A continuous kiln refers to one that can continuously supply a metal support to perform reduction and continuously discharge the reduced catalyst. Specifically, there are continuous rotary kilns, roller hearth kilns, belt kilns, tunnel kilns, etc., and among them, in the manufacturing method of the present invention, a continuous rotary kiln is preferable because the fluidity of the metal support is high and the contact efficiency with the reducing gas is high.
연속식 킬른의 운전 조건에 대해서는 상기한 환원 처리의 조건을 만족하면 특별히 한정되는 것은 아니며, 사용하는 장치에 따라 적절히 설정할 수 있다. 통상은 연속식 킬른 내이면, 그의 환원성 기체의 유량이나 온도 관리에 의해 상기 환원 처리 조건을 만족하도록 운전할 수 있다.There are no particular limitations on the operating conditions of the continuous kiln as long as the conditions for the reduction treatment mentioned above are satisfied, and they can be set appropriately depending on the device used. Normally, in a continuous kiln, it can be operated so as to satisfy the conditions for the reduction treatment mentioned above by controlling the flow rate or temperature of the reducing gas.
연속식 킬른은 연속적으로 금속 담지물이나 환원성 기체를 공급할 수 있기 때문에, 연속식 킬른 내로의 금속 담지물의 공급 방법이나, 환원성 기체의 유량을 컨트롤할 수 있다.Since a continuous kiln can continuously supply a metal carrier or a reducing gas, the method of supplying the metal carrier into the continuous kiln or the flow rate of the reducing gas can be controlled.
연속식 킬른에서의 환원성 기체의 유량은 특별히 한정은 되지 않으나, 금속 담지물의 TPR 측정에 의해 산출되는, 환원에 필요한 수소량을 「수소 흡수량 A(m3/kg)」라고 하고, 연속식 킬른에 투입되는 금속 담지물의 투입량을 B(kg/h)라고 했을 때, 통상, 수소 유량은 (1.5×A×B)m3/h 이상이며, 바람직하게는 (2×A×B)m3/h 이상, 보다 바람직하게는 (5×A×B)m3/h 이상이다. 수소 유량이 상기 하한값 이상이면, 촉매가 흡수하는 충분한 수소량이 확보되어, 얻어지는 촉매의 성능이 높게 유지된다. 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 낭비되는 수소량을 저감하기 위해 (1000×A×B)m3/h 이하, 바람직하게는 (500×A×B)m3/h 이하, 보다 바람직하게는 (300×A×B)m3/h 이하이다.The flow rate of the reducing gas in the continuous kiln is not particularly limited, but when the amount of hydrogen required for reduction calculated by the TPR measurement of the metal support is called the "hydrogen absorption amount A (m 3 /kg)" and the amount of the metal support fed into the continuous kiln is called B (kg / h), the hydrogen flow rate is usually (1.5 × A × B) m 3 /h or more, preferably (2 × A × B) m 3 /h or more, more preferably (5 × A × B) m 3 /h or more. When the hydrogen flow rate is equal to or greater than the lower limit above, a sufficient amount of hydrogen absorbed by the catalyst is secured, and the performance of the resulting catalyst is maintained at a high level. The upper limit is not particularly limited, but is (1000 × A × B) m 3 /h or less, preferably (500 × A × B) m 3 /h or less, more preferably (300 × A × B) m 3 /h or less in order to reduce the amount of hydrogen wasted.
연속식 킬른에서의 환원 처리를 실시하는 금속 담지물의 유동 방향과, 수소 등의 환원성 기체의 유통 방향은 환원 처리의 상황에 따라 적절히 조정 가능하며, 환원성 기체의 유통 방향이 금속 담지물의 유동 방향에 대하여 병류, 향류 어느 쪽도 실시 가능하다. 그 중에서도 연속식 킬른의 출구에 도달한 촉매가 고순도의 수소와 접촉할 수 있는 점에서, 수소의 유통 방향이 금속 담지물의 유동 방향에 대하여 향류인(서로 대향 방향인) 것이 바람직하다.The flow direction of the metal carrier undergoing reduction treatment in a continuous kiln and the flow direction of the reducing gas such as hydrogen can be appropriately adjusted depending on the situation of the reduction treatment, and the flow direction of the reducing gas can be either parallel or countercurrent to the flow direction of the metal carrier. In particular, it is preferable that the flow direction of hydrogen is countercurrent to the flow direction of the metal carrier (in opposite directions) from the viewpoint that the catalyst reaching the outlet of the continuous kiln can come into contact with high-purity hydrogen.
연속식 로터리 킬른의 회전 속도는 특별히 한정되는 것은 아니다. 회전 속도가 빠르면 금속 담지물과 수소의 접촉 효율이 양호하게 되지만, 촉매의 마모가 발생하기 때문에, 통상은 0.5 rpm 이상, 10 rpm 이하, 바람직하게는 5 rpm 이하이다.The rotation speed of the continuous rotary kiln is not particularly limited. If the rotation speed is fast, the contact efficiency between the metal support and hydrogen becomes good, but since wear of the catalyst occurs, it is usually 0.5 rpm or more and 10 rpm or less, and preferably 5 rpm or less.
(배치식 킬른)(batch kiln)
배치식 킬른이란, 미리 소정량의 금속 담지물을 킬른 내에 투입해 두고, 환원성 기체의 유통하에, 목적의 환원 온도까지 순차적으로 온도를 올려 소정 온도에서 환원을 실시할 수 있는 것을 말하며, 구체적으로는, 금속 담지물을 충전하여 처리하는 고정상식 가열로, 선반에 실어 가열하는 선반단식 가열로, 소성용 대차가 전기로에 출입하는 셔틀 킬른, 배치식 로터리 킬른 등을 들 수 있다.A batch kiln is one in which a predetermined amount of a metal carrier is placed in advance in the kiln, and the temperature is sequentially raised to the target reduction temperature under the flow of a reducing gas to perform reduction at the predetermined temperature. Specific examples thereof include a fixed-bed heating furnace in which a metal carrier is charged and processed, a shelf-type heating furnace in which the metal carrier is placed on a shelf and heated, a shuttle kiln in which a calcination cart enters and exits an electric furnace, and a batch-type rotary kiln.
금속 담지물의 환원성 기체와의 접촉 효율에서 생각하면, 금속 담지물을 충전하여 처리하는 고정상식 가열로, 배치식 로터리 킬른이 바람직하며, 균일하게 환원하면서도, 촉매를 유동시키는 장치를 갖는 배치식 로터리 킬른을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.Considering the efficiency of contact between the metal support and the reducing gas, a stationary heating furnace, a batch-type rotary kiln, which charges and processes the metal support, is preferable, and it is preferable to perform the process using a batch-type rotary kiln having a device that circulates the catalyst while uniformly reducing it.
연속식 킬른이 장치상의 제약으로 인해, 통상 환원성 기체를 도입할 때에는 유량 일정으로 운전하는데 반해, 배치식 킬른은 각 배치별로 반응조가 존재하기 때문에, 승온 방법, 환원성 기체의 유량, 농도 등을 각 배치별로 바꿀 수 있다.While continuous kilns are usually operated at a constant flow rate when introducing reducing gas due to limitations in the equipment, batch kilns have a reaction tank for each batch, so the temperature raising method, flow rate of reducing gas, concentration, etc. can be changed for each batch.
(배치식 킬른의 운전 조건)(Operating conditions of batch kiln)
배치식 킬른의 운전 조건에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 장치의 구성 등에 따라 적절히 설정할 수 있다.There are no special restrictions on the operating conditions of the batch kiln and they can be set appropriately depending on the configuration of the device, etc.
본 발명에서 아주 적합하게 사용되는 배치식 로터리 킬른은 미리 소정량의 금속 담지물을 투입한 후에 승온을 시작하기 때문에, 최종적인 환원 온도까지의 승온 시간을 연속식 로터리 킬른보다 상세히 컨트롤하는 것이 가능하다.The batch-type rotary kiln, which is very suitably used in the present invention, starts heating after a predetermined amount of metal support is injected in advance, so it is possible to control the heating time to the final reduction temperature in more detail than the continuous rotary kiln.
환원 처리의 시간은 특별히 한정은 되지 않으나, 통상 1시간 이상, 바람직하게는 2시간 이상이며, 통상 40시간 이하, 바람직하게는 30시간 이하, 보다 바람직하게는 10시간 이하이다. 상기 하한보다 너무 짧으면, 급격한 수소 흡수가 발생한 경우, 대량의 금속 담지물을 한 번에 환원하고 있기 때문에, 심한 발열과 함께 방대한 수소 흡수가 발생하여 촉매의 신터링이 진행되는 동시에, 안정 조작이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 상기 하한 이상이면 환원 시간이 확보되어, 환원이 충분해지며, 촉매로서의 충분한 반응 활성, 선택성이 얻어진다.The time for the reduction treatment is not particularly limited, but is usually 1 hour or longer, preferably 2 hours or longer, and usually 40 hours or shorter, preferably 30 hours or shorter, and more preferably 10 hours or shorter. If it is too short than the lower limit, when rapid hydrogen absorption occurs, a large amount of metal support is reduced at once, so that a large amount of hydrogen absorption occurs along with severe heat generation, and sintering of the catalyst progresses, and stable operation may become difficult. In addition, if it is longer than the lower limit, the reduction time is secured, reduction is sufficient, and sufficient reaction activity and selectivity as a catalyst are obtained.
한편, 환원 처리의 시간이 상기 상한 이하이면, 촉매의 생산성을 확보할 수 있으며, 수소의 손실도 없어 공업적으로 유리하다.Meanwhile, if the reduction treatment time is below the upper limit, the productivity of the catalyst can be secured and there is no loss of hydrogen, which is industrially advantageous.
배치식 로터리 킬른을 사용한 경우, 환원성 기체의 농도, 유량 등을 배치별로 적절히 환원 처리 상황에 따라 변경할 수 있다.When a batch-type rotary kiln is used, the concentration and flow rate of the reducing gas can be appropriately changed for each batch according to the reduction treatment situation.
배치식 로터리 킬른의 운전에서의 바람직한 환원성 기체의 농도는 상기 기재와 동일하다.The preferred concentration of reducing gas in the operation of a batch rotary kiln is as described above.
환원성 기체의 유량은 특별히 한정되지 않으며, 환원 반응의 상황에 따라 적절히 설정할 수 있는데, 환원 종료까지의 필요한 수소량을 미환원 촉매의 TPR 분석에 의해 산출하고, 통상 그 필요 수소량의 5배 이상, 바람직하게는 10배 이상, 보다 바람직하게는 20배 이상을 사용한다. 또한 통상 5000배 이하, 바람직하게는 1000배 이하로 한다. 상기 하한값 이상이면, 수소 결핍이 발생하지 않으며, 상기 상한값 이하이면, 불필요한 환원성 기체를 소비하지 않아 경제적으로 유리해진다.The flow rate of the reducing gas is not particularly limited and can be appropriately set depending on the situation of the reduction reaction. The amount of hydrogen required until the end of reduction is calculated by TPR analysis of the unreduced catalyst, and is usually used at least 5 times, preferably at least 10 times, and more preferably at least 20 times the required amount of hydrogen. In addition, it is usually 5000 times or less, and preferably 1000 times or less. If it is more than the lower limit, hydrogen deficiency does not occur, and if it is less than the upper limit, unnecessary reducing gas is not consumed, which is economically advantageous.
배치식 로터리 킬른의 회전 속도는 특별히 한정되지 않으나, 빠르면 수소와의 접촉 효율이 양호하게 되지만, 촉매의 마모가 발생하기 때문에, 통상 0.5~10 rpm, 바람직하게는 0.5~5 rpm으로 실시한다.The rotation speed of the batch rotary kiln is not particularly limited, but if it is fast, the contact efficiency with hydrogen is good, but wear of the catalyst occurs, so it is usually performed at 0.5 to 10 rpm, preferably 0.5 to 5 rpm.
(촉매의 산화 안정화)(Oxidation stabilization of catalyst)
본 발명의 금속 담지 촉매의 제조에서는, 상기 금속 담지물을 환원하여 얻어진 금속 담지 촉매에 대해, 통상 산화 상태의 제어를 수행한다. 특히 촉매를 대량으로 제조하는 경우에는, 촉매의 산화 안정화가 수행되는 것이 바람직하다. 환원하여 얻어진 금속 담지물 촉매는 금속 성분이 환원되어 고분산화된 상태이다. 산화 안정화를 수행함으로써, 그대로 공기 중으로 꺼내는 것에 비해 급격한 발열에 의해 금속의 신터링이 발생할 가능성을 저감하고, 발화(가연성 담체이면 자신의 발화, 또한 주위의 가연물의 발화)의 가능성도 줄일 수 있기 때문에 바람직하다. 컨트롤된 조건에서 안정화함으로써, 고분산성을 유지하고, 그 후의 수소화 반응에서 고활성을 발현할 수 있다.In the production of the metal-supported catalyst of the present invention, the oxidation state of the metal-supported catalyst obtained by reducing the metal-supported substance is usually controlled. Particularly, when producing a large amount of the catalyst, it is preferable to perform oxidation stabilization of the catalyst. The metal-supported catalyst obtained by reduction is in a state in which the metal component is reduced and highly dispersed. By performing oxidation stabilization, the possibility of metal sintering occurring due to rapid heat generation is reduced compared to taking it out into the air as it is, and the possibility of ignition (self-ignition in the case of a flammable carrier, and ignition of surrounding combustibles) can also be reduced, which is preferable. By stabilizing under controlled conditions, high dispersion is maintained, and high activity can be exhibited in the subsequent hydrogenation reaction.
상기 산화 안정화의 방법은 특별히 한정되지 않으나, 촉매에 물을 첨가하는 방법 또는 촉매를 물에 투입하는 방법, 유통하, 불활성 가스로 희석된 저산소 농도의 가스로 산화 안정화하는 방법, 이산화탄소로 안정화하는 방법 등이 있다. 이들 중, 촉매에 물을 첨가하는 방법 또는 촉매를 물에 투입하는 방법, 저산소 농도의 가스로 산화 안정화하는 방법이 바람직하며, 보다 바람직하게는 저산소 농도의 가스로 산화 안정화하는 방법(이하, 「느린 산화(slow oxidiation)법」이라고 한다)이며, 또한 저산소 농도의 가스를 유통하에서 산화 안정화하는 것이 특히 바람직하다.The method for the above oxidation stabilization is not particularly limited, but includes a method of adding water to a catalyst or a method of putting a catalyst into water, a method of stabilizing oxidation with a gas having a low oxygen concentration diluted with an inert gas under flow, a method of stabilizing with carbon dioxide, etc. Among these, a method of adding water to a catalyst or a method of putting a catalyst into water, a method of stabilizing oxidation with a gas having a low oxygen concentration are preferable, and a method of stabilizing oxidation with a gas having a low oxygen concentration (hereinafter referred to as a “slow oxidation method”) is more preferable, and stabilizing oxidation with a gas having a low oxygen concentration under flow is particularly preferable.
저산소 농도의 가스로 산화 안정화할 때의 산소 농도는 특별히 한정되지 않으나, 느린 산화 시작 시의 산소 농도로서 통상 0.2부피% 이상, 바람직하게는 0.5부피% 이상, 한편 10부피% 이하, 바람직하게는 8부피% 이하, 더욱 바람직하게는 7부피% 이하로 한다. 상기 하한값 이상이면, 완전히 산화 안정화하기 위한 시간을 단축할 수 있는 동시에, 안정화가 충분해진다. 한편, 상기 상한값 이하이면, 촉매가 고온이 되지 않기 때문에 실활의 우려가 없다. 또한, 저산소 농도의 가스를 만들기 위해서는, 공기를 불활성 가스로 희석하는 것이 바람직하며, 또한 불활성 가스로서는 질소가 바람직하다.The oxygen concentration when stabilizing oxidation with a gas having a low oxygen concentration is not particularly limited, but is usually 0.2 vol% or more, preferably 0.5 vol% or more as the oxygen concentration at the start of slow oxidation, and on the other hand, 10 vol% or less, preferably 8 vol% or less, and more preferably 7 vol% or less. If it is equal to or greater than the lower limit, the time required for complete oxidation stabilization can be shortened, and stabilization becomes sufficient. On the other hand, if it is equal to or less than the upper limit, there is no concern about deactivation because the catalyst does not reach a high temperature. In addition, in order to create a gas having a low oxygen concentration, it is preferable to dilute air with an inert gas, and nitrogen is preferable as the inert gas.
느린 산화 시의 산소 농도는 느린 산화 시작 시의 산소 농도인 채로 실시할 수도 있으나, 촉매 내 온도가 고온이 되어, 촉매의 변질이 발생하지 않는다면, 느린 산화를 시작 후, 서서히 산소 농도를 높여 갈 수도 있다.The oxygen concentration during slow oxidation can be maintained at the oxygen concentration at the start of slow oxidation, but if the temperature inside the catalyst becomes high and the catalyst does not deteriorate, the oxygen concentration can be gradually increased after starting slow oxidation.
저산소 농도로의 느린 산화 안정 시에는, 촉매의 온도가 130℃를 초과하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 촉매의 온도가 130℃ 이하이면, 급격한 산화가 진행되지 않기 때문에, 촉매의 신터링이 진행되지 않으며, 담체의 강도가 저하되지 않고 유지된다. 이상의 관점에서, 촉매의 온도는 보다 바람직하게는 120℃를 초과하지 않도록, 더욱 바람직하게는 110℃를 초과하지 않도록 산소 농도, 유량을 컨트롤하는 것이 바람직하다.When the slow oxidation stability is achieved at low oxygen concentration, it is preferable to control the temperature of the catalyst so that it does not exceed 130°C. When the temperature of the catalyst is 130°C or lower, rapid oxidation does not occur, so that sintering of the catalyst does not occur and the strength of the carrier is maintained without deterioration. From the above viewpoint, it is preferable to control the oxygen concentration and flow rate so that the temperature of the catalyst more preferably does not exceed 120°C, and even more preferably does not exceed 110°C.
저산소 농도의 가스로 산화 안정화하는 방법으로서는, 고정상에서 저산소 농도의 가스를 촉매에 통과시키는 방법, 트레이 또는 벨트 위에 정치하고 있는 촉매에 저산소 농도 가스를 유통시키는 방법, 유동한 촉매 중에 저산소 농도의 가스를 유통시키는 방법이 있다.Methods for stabilizing oxidation with a gas having a low oxygen concentration include a method of passing a gas having a low oxygen concentration through a catalyst in a fixed bed, a method of circulating a gas having a low oxygen concentration through a catalyst that is stationary on a tray or belt, and a method of circulating a gas having a low oxygen concentration through a fluidized catalyst.
금속 담지 촉매 상의 담지 금속의 분산성이 양호할수록 산화 안정화가 급격하게 진행하며, 또한 다량의 산소가 반응하기 때문에, 상기 방법 중, 고정상에서 저산소 농도의 가스를 촉매에 통과시키는 방법, 유동한 촉매 중에 저산소 농도의 가스를 유통시키는 방법이 바람직하며, 또한 유동한 촉매 중에 저산소 농도의 가스를 유통시키는 방법이 특히 바람직하다.The better the dispersion of the supported metal on the metal-supported catalyst, the more rapidly the oxidation stabilization progresses, and also, since a large amount of oxygen reacts, among the above methods, a method of passing a gas with a low oxygen concentration through the catalyst in a fixed bed and a method of circulating a gas with a low oxygen concentration through a fluidized catalyst are preferable, and a method of circulating a gas with a low oxygen concentration through a fluidized catalyst is particularly preferable.
(촉매의 보존 방법)(Method of preserving catalyst)
본 발명의 금속 담지 촉매를 보존할 때에는, 산소 농도 15부피% 이하의 분위기하에서 보존하는 것이 바람직하다. 이러한 분위기하에서 보존함으로써, 산화 안정화를 거쳐도 산화가 완만하게 진행되는 경우, 밀폐 용기 내에서 완만하게 산화를 진행시킬 수 있다. 산소 농도의 하한은 특별히 한정은 되지 않으나, 통상 산화를 진행시키기 위해 0.2부피% 이상인 것이 바람직하다.When preserving the metal-supported catalyst of the present invention, it is preferable to preserve it in an atmosphere having an oxygen concentration of 15 vol% or less. By preserving it in such an atmosphere, if oxidation progresses slowly even after oxidation stabilization, oxidation can proceed slowly in a sealed container. The lower limit of the oxygen concentration is not particularly limited, but it is usually preferable to be 0.2 vol% or more in order to proceed with oxidation.
또한, 가스로 안정화한 촉매는 매우 흡습성이 높아, 비수계의 반응에서는 큰 문제가 되기 때문에, 밀폐 용기 내에서 보존하는 것이 바람직하다.In addition, since gas-stabilized catalysts are highly hygroscopic, which poses a major problem in non-aqueous reactions, it is desirable to store them in sealed containers.
<용도><Usage>
본 발명의 촉매는 환원 반응용 촉매로서 아주 적합하며, 예를 들어 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화에 아주 적합하게 사용된다. 즉, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르에 본 발명의 금속 담지 촉매를 접촉시켜 환원하여, 상기 카복실산 및/또는 상기 카복실산 에스테르의 각각에 대응하는 알코올을 얻는 알코올의 제조 방법에 아주 적합하게 사용된다. 환원 반응의 대상으로 하는 카복실산 또는 카복실산 에스테르로서는, 공업적으로 용이하게 입수할 수 있는 임의의 것을 사용할 수 있다.The catalyst of the present invention is very suitable as a catalyst for a reduction reaction, and is very suitable for use, for example, in the hydrogenation of a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester. That is, it is very suitable for use in a method for producing an alcohol, in which a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester is reduced by contacting the metal-supported catalyst of the present invention with the carboxylic acid and/or the carboxylic acid ester, thereby obtaining an alcohol corresponding to each of the carboxylic acid and/or the carboxylic acid ester. Any carboxylic acid or carboxylic acid ester that is the target of the reduction reaction can be used as an industrially readily available catalyst.
본 발명의 촉매를 사용하는 환원 반응에 제공할 수 있는 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 카복실산을 예시하면, 아세트산, 부티르산, 라우르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 스테아르산, 팔미트산 등의 지방족 쇄상 카복실산류; 사이클로헥산카복실산, 나프텐산, 사이클로펜탄카복실산 등의 지방족 환상 카복실산류; 옥살산, 말론산, 석신산, 메틸석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 세바스산, 사이클로헥산디카복실산, 1,2,4-부탄트리카복실산, 1,3,4-사이클로헥산트리카복실산, 비사이클로헥실디카복실산, 데카하이드로나프탈렌디카복실산 등의 지방족 폴리카복실산류; 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 트리메스산 등의 방향족 카복실산류를 들 수 있다.Examples of the carboxylic acid and/or carboxylic acid ester that can be provided for the reduction reaction using the catalyst of the present invention include aliphatic chain carboxylic acids such as acetic acid, butyric acid, lauric acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, stearic acid, and palmitic acid; aliphatic cyclic carboxylic acids such as cyclohexanecarboxylic acid, naphthenic acid, and cyclopentanecarboxylic acid; aliphatic polycarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, methylsuccinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, 1,2,4-butanetricarboxylic acid, 1,3,4-cyclohexanetricarboxylic acid, bicyclohexyldicarboxylic acid, and decahydronaphthalenedicarboxylic acid; Examples include aromatic carboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, and trimesic acid.
카복실산으로서는 특별히 한정은 되지 않으나, 바람직하게는 쇄상 또는 환상의 포화 지방족 카복실산이며, 보다 바람직하게는 카복실기 이외의 관능기를 포함하지 않는 탄소수가 20 이하인 카복실산이며, 더욱 바람직하게는, 카복실기 이외의 관능기를 포함하지 않는 탄소수 20 이하이고, 식(2)로 표시되는 디카복실산이다.The carboxylic acid is not particularly limited, but is preferably a chain or cyclic saturated aliphatic carboxylic acid, more preferably a carboxylic acid having 20 or fewer carbon atoms and not containing a functional group other than a carboxyl group, and even more preferably a dicarboxylic acid having 20 or fewer carbon atoms and not containing a functional group other than a carboxyl group and represented by formula (2).
HOOC-R1-COOH (2)HOOC-R 1 -COOH (2)
(식 중 R1은 치환기를 가지고 있을 수도 있고, 치환기 이외의 탄소수가 1~20인 지방족 혹은 지환식의 탄화수소기이다)(In the formula, R 1 may have a substituent, and is an aliphatic or alicyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms other than the substituent.)
특히 바람직하게는, 탄소수 4 내지 탄소수 14의 지방족 혹은 지환식의 폴리카복실산 또는 그의 에스테르가 환원 반응에서의 활성이 높은 동시에, 선택률이 높기 때문에 아주 적합하다.Particularly preferably, an aliphatic or alicyclic polycarboxylic acid or an ester thereof having 4 to 14 carbon atoms is highly suitable because it has high activity in the reduction reaction and high selectivity.
본 발명에서는, 특히 1,4-사이클로헥산디카복실산 또는 그의 에스테르를 반응 물질(reactant)로서 사용하여, 환원 반응에 의해 대응하는 알코올을 생성하는 것이 바람직하다. 즉, 1,4-사이클로헥산디카복실산 또는 1,4-사이클로헥산디카복실산의 에스테르(디에스테르)를 원료로 하여, 이것에 본 발명의 촉매를 접촉시켜 환원하는 알코올의 제조 방법이 바람직하다.In the present invention, it is particularly preferable to use 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid or an ester thereof as a reactant to produce a corresponding alcohol by a reduction reaction. That is, a method for producing alcohol is preferable in which 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid or an ester (diester) of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid is used as a raw material and the catalyst of the present invention is brought into contact with it to perform reduction.
또한 이들 카복실산의 에스테르를 사용하는 경우에는 그의 알코올 성분으로서 메탄올, 에탄올, i-프로판올, n-부탄올 등의 저급 알코올을 들 수 있다.In addition, when using esters of these carboxylic acids, lower alcohols such as methanol, ethanol, i-propanol, and n-butanol can be used as alcohol components.
또한 환원되어 얻어지는 알코올과 동일한 알코올로 에스테르화할 수도 있다. 이 경우에는, 이후의 수소화 반응에서 생성하는 알코올의 분리가 불필요해지는 이점이 있다.It can also be esterified with the same alcohol as the alcohol obtained by reduction. In this case, there is an advantage in that the separation of the alcohol produced in the subsequent hydrogenation reaction becomes unnecessary.
본 발명의 촉매를 사용한 환원 반응은 무용매로 수행할 수도, 용매의 존재하에서 수행할 수도 있으나, 통상은 용매의 존재하에서 수행된다.The reduction reaction using the catalyst of the present invention may be performed without a solvent or in the presence of a solvent, but is usually performed in the presence of a solvent.
용매로서는, 통상 물, 메탄올이나 에탄올 등의 저급 알코올류, 반응 생성물의 알코올류, 테트라하이드로푸란, 디옥산, 에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르류, 헥산, 데칼린 등의 탄화수소류 등의 용매를 사용할 수 있다. 이들 용매는 단독으로 사용할 수도, 2종류 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.As a solvent, solvents such as water, lower alcohols such as methanol or ethanol, alcohols of reaction products, ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, and ethylene glycol dimethyl ether, and hydrocarbons such as hexane and decalin can be used. These solvents can be used alone or as a mixture of two or more types.
특히 카복실산을 환원할 때에는, 용해성 등의 이유로 물을 포함하는 용매를 사용하는 것이 바람직하다.Especially when reducing carboxylic acids, it is preferable to use a solvent containing water for reasons such as solubility.
용매의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 통상 원료가 되는 카복실산 또는 카복실산 에스테르에 대하여 0.1~20질량배량 정도이며, 바람직하게는 0.5~10질량배량, 보다 바람직하게는 1~10질량배량 정도 사용하는 것이 바람직하다.The amount of solvent to be used is not particularly limited, but is usually about 0.1 to 20 mass times that of the raw material carboxylic acid or carboxylic acid ester, preferably about 0.5 to 10 mass times that of the raw material, and more preferably about 1 to 10 mass times that of the raw material.
본 발명의 촉매를 사용한 환원 반응은 통상, 수소 가스 가압하에서 수행된다. 반응은 통상 100~300℃에서 수행되지만, 150~300℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 반응 압력은 1~30 MPa이지만 1~25 MPa가 바람직하고, 5~25 MPa가 더욱 바람직하다.The reduction reaction using the catalyst of the present invention is usually carried out under hydrogen gas pressure. The reaction is usually carried out at 100 to 300°C, but is preferably carried out at 150 to 300°C. The reaction pressure is 1 to 30 MPa, but is preferably 1 to 25 MPa, and more preferably 5 to 25 MPa.
본 발명의 촉매를 사용한 환원 반응은 액상, 기상 모두 실시할 수 있지만, 카복실산/카복실산 에스테르를 기화시키는 것, 또한 기체 상태를 유지시키면서 환원 반응을 실시하는 것은 설비가 거대해지기 때문에, 또한 큰 에너지가 필요해지기 때문에 액상으로 실시하는 것이 바람직하다.The reduction reaction using the catalyst of the present invention can be carried out in both a liquid phase and a gas phase, but since vaporizing the carboxylic acid/carboxylic acid ester and carrying out the reduction reaction while maintaining the gaseous state requires a large facility and also requires a large amount of energy, it is preferable to carry it out in a liquid phase.
또한, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르에 본 발명의 촉매를 접촉시키는, 카복실산 및/또는 카복실산 에스테르의 수소화 방법도 본원 발명의 범위에 포함된다.Additionally, a method for hydrogenating a carboxylic acid and/or a carboxylic acid ester by contacting the catalyst of the present invention with the carboxylic acid and/or carboxylic acid ester is also included in the scope of the present invention.
실시예Example
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그의 요지를 초과하지 않는 한, 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.The present invention is described more specifically by way of examples below, but the present invention is not limited to the following examples unless the gist of the present invention is exceeded.
<TPR 측정 방법><TPR measurement method>
촉매 0.1 g을 가는형(細型) 석영관에 넣고, 10% H2/He를 20 ml/min으로 흘리고, 계(系) 내의 수소 치환이 종료되고 H2 농도가 안정될 때까지 유지했다. 그 후, 60분간 700℃까지 일정 속도로 승온했다. 그 사이 출구 수소량을 연속적으로 질량 분석계로 측정하여 흡수 수소량을 계산했다.0.1 g of the catalyst was placed in a thin quartz tube, and 10% H 2 /He was flowed at 20 ml/min and maintained until hydrogen substitution within the system was completed and the H 2 concentration became stable. After that, the temperature was increased at a constant rate to 700°C for 60 minutes. During this time, the amount of outlet hydrogen was continuously measured with a mass spectrometer, and the amount of absorbed hydrogen was calculated.
<촉매의 반응 활성 확인 방법><Method for checking the reaction activity of a catalyst>
본 발명에서 얻어진 촉매의 반응 활성, 선택성은 1,4-사이클로헥산디카복실산(CHDA)의 수소화 반응에 의한, 1,4-사이클로헥산디메탄올(CHDM)의 생성 반응을 이용하여 확인했다.The reaction activity and selectivity of the catalyst obtained in the present invention were confirmed using the production reaction of 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM) by the hydrogenation reaction of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid (CHDA).
하스텔로이 C(등록 상표) 소재 200 mL의 유도 교반식 오토클레이브(이하, 「반응기」라고 기재하는 경우가 있다) 내에 물 40 g, CHDA(시스체, 트랜스체의 혼합물: 도쿄카세이코교 가부시키가이샤(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 제품) 10 g, 평가하는 촉매 2 g을 투입하고, 상기 반응기 내를 수소 치환한 후, 수소 분압 1 MPa로 하고, 1000 rpm으로의 교반하(교반수가 너무 느림으로 인한 수소 공급 율속이 되지 않고, 교반수가 너무 높아 촉매의 균열이 발생하지 않는 교반수로 한다), 상기 반응기를 가열하고, 소정 온도에서 반응압 8.5 MPa로 하여, 240℃에서 반응을 시작했다. 상기 반응기 내에는 수소 축압기로부터 연속적으로 수소를 공급하고, 240℃, 8.5 MPa 일정하게 3시간의 반응을 실시했다. 반응 종료 후, 육안으로 촉매의 균열 유무를 확인했다. 이 때 촉매의 균열이 발생한 반응은 겉보기 반응 속도가 높아지고, 선택률도 정확히 비교할 수 없게 되기 때문에 제외했다.Into a 200 mL induction stirring autoclave (hereinafter sometimes referred to as a "reactor") containing Hastelloy C (registered trademark), 40 g of water, 10 g of CHDA (a mixture of cis-isomer and trans-isomer: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and 2 g of the catalyst to be evaluated were placed, and after the inside of the reactor was replaced with hydrogen, the hydrogen partial pressure was set to 1 MPa, and under stirring at 1000 rpm (a stirring number that is not too slow to achieve the hydrogen supply rate and not too high to cause catalyst cracking), the reactor was heated, and the reaction was started at 240°C with a reaction pressure of 8.5 MPa at a predetermined temperature. Hydrogen was continuously supplied into the reactor from a hydrogen accumulator, and the reaction was performed at a constant 240°C and 8.5 MPa for 3 hours. After completion of the reaction, the presence or absence of cracking in the catalyst was visually confirmed. At this time, reactions in which catalyst cracking occurred were excluded because the apparent reaction rate was high and the selectivity could not be accurately compared.
얻어진 반응액을 NaOH로 중화 적정함으로써 카복실기의 전화율을 구하고, 가스 크로마토그래피를 이용하여 생성물의 분석을 실시했다. 주생성물은 목적물인 CHDM이었으며, 주된 부생물은 사이클로헥산메탄올(CHM), 4-메틸사이클로헥산메탄올(MCHM)의 2종류였다. 상기 2종류의 부생물 이외는 거의 전량이 CHDM이었기 때문에, 촉매 성능은 카복실기의 전화율 및 부생물 수율로 비교했다.The obtained reaction solution was neutralized and titrated with NaOH to obtain the conversion of carboxyl groups, and the product was analyzed using gas chromatography. The main product was the target product, CHDM, and the main by-products were two types: cyclohexanemethanol (CHM) and 4-methylcyclohexanemethanol (MCHM). Since almost all of the by-products except for the above two types were CHDM, the catalytic performance was compared by the conversion of carboxyl groups and the yield of by-products.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
담체로서 지름이 1 mm, 길이가 2~5 mm인 원기둥상 활성탄(Cabot Norit사 제품 R1 EXTRA) 담체를 사용하여, 일본 공개특허공보 제2001-9277호의 실시예 4에 준거한 방법으로 촉매를 조제했다. 구체적으로는, 염화루테늄 수화물(RuCl3·xH2O), 헥사클로라이드 백금(IV)산(육수화물 등)(H2PtCl6·6H2O), 염화주석(II)(SnCl2·2H2O)를 희염산 용액에 용해하고, 거기에 질산 처리한 활성탄을 투입했다. 이로부터 용매를 제거해 건조하고, 건조된 촉매를 중탄산암모늄 용액에 투입하여 처리한 후, 여과, 세정, 건조를 거쳐 금속 담지물을 조제했다. 금속 담지물의 조제 방법 중에서, 금속 염화물의 용해수는, 사용하는 활성탄 1 g당 1.1 ml의 0.3% 희염산을 사용했다. 금속 염화물의 투입량은 투입량 전량이 담지되고, 수소 환원하여, 산화 안정화한 경우에, 담지 촉매 중의 금속 함유량이 Ru 5.5질량%, Pt 2.4질량%, Sn 6.4질량%가 되는 양으로 했다(이하 메탈의 담지량은 모두 질량%를 나타낸다). 또한, 사용하는 중탄산암모늄은 금속 염화물의 염소에 대하여 1.7배 몰량을 11질량% 수용액으로서 이용했으며, 세정은 90℃의 물을 사용했다.A catalyst was prepared by a method according to Example 4 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-9277, using a cylindrical activated carbon having a diameter of 1 mm and a length of 2 to 5 mm (R1 EXTRA manufactured by Cabot Norit) as a carrier. Specifically, ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 ·xH 2 O), platinum (IV) hexachloride (hexahydrate, etc.) (H 2 PtCl 6 ·6H 2 O), and tin (II) chloride (SnCl 2 ·2H 2 O) were dissolved in a diluted hydrochloric acid solution, and activated carbon treated with nitric acid was added thereto. The solvent was removed and dried, and the dried catalyst was treated by adding it to an ammonium bicarbonate solution, followed by filtration, washing, and drying to prepare a metal support. Among the methods for preparing a metal support, the dissolved water of the metal chloride was 1.1 ml of 0.3% diluted hydrochloric acid per 1 g of activated carbon used. The amount of the metal chloride introduced was such that when the entire amount introduced was supported and reduced by hydrogen and oxidized and stabilized, the metal contents in the supported catalyst were 5.5 mass% of Ru, 2.4 mass% of Pt, and 6.4 mass% of Sn (hereinafter, the supported amounts of the metals are all expressed in mass%). In addition, the ammonium bicarbonate used was used as an 11 mass% aqueous solution in an amount 1.7 times the molar amount of chlorine of the metal chloride, and water at 90°C was used for washing.
얻어진 금속 담지물을 수소 기류하 500℃에서 환원하고, 그 후 희석 산소 분위기하에서 산화 안정화하여, 촉매로 했다. 이하, 「환원 촉매」라고 기재한다.The obtained metal support was reduced at 500°C in a hydrogen stream, and then oxidized and stabilized in a diluted oxygen atmosphere to produce a catalyst. Hereinafter referred to as “reduction catalyst.”
이 촉매로 반응을 실시했다. 전화율과 부생물의 수율을 표 1에 나타낸다.The reaction was carried out with this catalyst. The conversion rate and yield of by-products are shown in Table 1.
또한, 표 1 중의 메탈 종류의 란은 루테늄, 백금, 주석 이외의 메탈 종류에 대하여, 사용된 화합물을 표시하고 있다.Additionally, the metal type column in Table 1 indicates the compounds used for metal types other than ruthenium, platinum, and tin.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
비교예 1에서 얻어진 환원 촉매에 Fe(III) 아세틸아세토나토(Fe(acac)3)를 담지하고, 환원 후, Fe가 0.1질량%의 담지량이 되도록 촉매를 조제했다. 구체적으로는, 환원 촉매 1 g당 0.86 ml의 테트라하이드로푸란 용매를 사용하여, 소정량의 Fe(acac)3를 용해하고, 비교예 1에서 얻어진 환원 촉매 약 10 g을 가하고 교반 후, 1시간 방치했다. 그 후, 1 kPa의 감압하, 80℃에서 1시간 에바포레이트한 후, 유리관에 투입하고, 전기로에 세팅하고 아르곤 5 L/시간으로의 유통하, 150℃에서 2시간 건조했다.The reduction catalyst obtained in Comparative Example 1 was supported with Fe(III) acetylacetonate (Fe(acac) 3 ), and the catalyst was prepared so that the Fe loading amount after reduction was 0.1 mass%. Specifically, a predetermined amount of Fe(acac) 3 was dissolved using 0.86 ml of tetrahydrofuran solvent per 1 g of the reduction catalyst, about 10 g of the reduction catalyst obtained in Comparative Example 1 was added, stirred, and left for 1 hour. Thereafter, the mixture was evaporated at 80°C for 1 hour under a reduced pressure of 1 kPa, placed in a glass tube, set in an electric furnace, and dried at 150°C for 2 hours under a circulation of 5 L/hour of argon.
건조한 촉매 2.5 g을 재차 유리관에 투입하고, 전기로에 세팅하고 수소 5 L/시간으로의 유통하에, 500℃에서 2시간 환원 처리를 실시했다. 그 후, 아르곤 유통하 냉각하고, 실온하 6부피% 산소/질소의 유통하에서 안정화를 실시하여, 0.1% Fe 담지 촉매를 얻었다.2.5 g of the dried catalyst was put into the glass tube again, set in an electric furnace, and reduced at 500°C for 2 hours under a flow of 5 L/hour of hydrogen. Thereafter, the mixture was cooled under a flow of argon, and stabilized under a flow of 6 vol% oxygen/nitrogen at room temperature, thereby obtaining a 0.1% Fe-supported catalyst.
이 촉매를 사용하여(촉매량은 조제에 사용한 환원 촉매의 양이 2 g이 되는 양을 사용했다), 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.Using this catalyst (the amount of catalyst used was such that the amount of reduction catalyst used in the preparation was 2 g), the same reaction as in Comparative Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
비교예 2에서, Fe(III) 아세틸아세토나토(Fe(acac)3) 대신에, 염화철(III) 육수화물(FeCl3·6H2O)을 사용하고, 용매로서 물을 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 Fe 금속으로서 0.2질량%가 되도록 Fe 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.In Comparative Example 2, iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 ·6H 2 O) was used instead of Fe (III) acetylacetonate (Fe (acac) 3 ) and water was used as a solvent, but the same method as Example 1 was used to obtain an Fe-supported catalyst so that the Fe metal content was 0.2 mass%. Using this catalyst, the same reaction as in Comparative Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
비교예 2에서, Fe 금속으로서 0.5질량%가 되도록 Fe(acac)3를 사용한 것 이외는 비교예 2와 동일한 방법으로 0.5% Fe 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.In Comparative Example 2, a 0.5% Fe-supported catalyst was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that Fe(acac) 3 was used so that 0.5 mass% of Fe metal was used. The same reaction as in Comparative Example 1 was performed using this catalyst. The results are shown in Table 1.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
비교예 3에서, Fe 금속으로서 0.5질량%가 되도록 FeCl3·6H2O를 사용한 것 이외는, 비교예 3과 동일한 방법으로 0.5% Fe 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.In Comparative Example 3, a 0.5% Fe-supported catalyst was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that FeCl 3 ·6H 2 O was used so that 0.5 mass% of Fe metal was used. The same reaction as in Comparative Example 1 was performed using this catalyst. The results are shown in Table 1.
(참고예 1)(Reference Example 1)
비교예 3에서, 염화철(III) 육수화물(FeCl3·6H2O) 대신, 염화크롬(III) 육수화물(CrCl3·6H2O)을 사용한 것 이외는 비교예 3과 동일한 방법으로 0.2%질량 Cr 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.In Comparative Example 3, a 0.2 mass% Cr-supported catalyst was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that chromium (III) chloride hexahydrate (CrCl 3 6H 2 O) was used instead of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 6H 2 O). Using this catalyst, the same reaction as in Comparative Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(참고예 2)(Reference Example 2)
비교예 2에서, Fe(III) 아세틸아세토나토(Fe(acac)3) 대신, Cr(III) 아세틸아세토나토(Cr(acac)3)를 사용한 것 이외는, 비교예 2와 동일한 방법으로 0.5% Cr 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.In Comparative Example 2, a 0.5% Cr-supported catalyst was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that Cr(III) acetylacetonato (Cr(acac) 3 ) was used instead of Fe(III) acetylacetonato (Fe(acac)3). The same reaction as in Comparative Example 1 was performed using this catalyst. The results are shown in Table 1.
(비교예 6)(Comparative Example 6)
비교예 2에서, Fe(III) 아세틸아세토나토(Fe(acac)3) 대신에, 파라몰리브덴산 암모늄(몰리브덴(VI)산 암모늄 사수화물((NH4)6Mo7O24·4H2O))을 사용하고, 용매로서 물을 사용한 것 이외는 비교예 2와 동일한 방법으로 0.5% Mo 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.In Comparative Example 2, ammonium paramolybdate (ammonium molybdate (VI) tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O)) was used instead of Fe (III) acetylacetonato (Fe (acac) 3 ) and water was used as a solvent, but a 0.5% Mo-supported catalyst was obtained in the same manner as Comparative Example 2. Using this catalyst, the same reaction as in Comparative Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(비교예 7)(Comparative Example 7)
RuCl3·xH2O(Ru 함량 41.9%) 1.131 g, H2PtCl6·6H2O 0.547 g, SnCl2·2H2O 0.883 g, FeCl3·6H2O 1.196 g을 0.3% 염산 용액에 용해했다. 이 용액에 비교예 1과 동일한 질산 처리가 끝난 활성탄 7.41 g을 투입하고, 충분히 교반 후, 3시간 방치했다. 3시간 후 에바포레이터로 건조하고, 그 후 소성관으로 옮겨, 아르곤 가스 유통하, 150℃에서 2시간의 건조를 실시했다. 이 촉매를, 사용한 금속 염화물의 전체 염소량의 1.7당량에 상당하는 중탄산암모늄 11질량% 수용액에 가해 1시간 처리 후 여과하고, 90℃의 물로 세정하고, 에바포레이터로 건조했다. 건조된 촉매를 소성관으로 옮겨 아르곤 가스 유통하에 150℃에서 추가 건조를 실시했다. 추가 건조된 촉매 2.5 g을 수소 유통하에 500℃에서 환원하고, 냉각 후 6% 산소/질소로 안정화를 실시하여, 4성분 일괄로 담지한 5.5% Ru-2.4% Pt-5.4% Sn-0.47% Fe/활성탄(투입 베이스로의 계산값) 촉매를 조제했다(표 1 중에서는 「FeCl3 일괄」이라고 기재한다). 이 촉매 2 g을 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.RuCl 3 · xH 2 O (Ru content 41.9%) 1.131 g, H 2 PtCl 6 · 6H 2 O 0.547 g, SnCl 2 · 2H 2 O 0.883 g, and FeCl 3 · 6H 2 O 1.196 g were dissolved in a 0.3% hydrochloric acid solution. 7.41 g of activated carbon that had been treated with the same nitric acid as in Comparative Example 1 was added to this solution, stirred sufficiently, and left for 3 hours. After 3 hours, it was dried using an evaporator, then transferred to a calcination tube, and dried at 150°C for 2 hours under argon gas flow. The catalyst was added to an 11 mass% aqueous solution of ammonium bicarbonate corresponding to 1.7 equivalents of the total chlorine amount of the metal chloride used, treated for 1 hour, filtered, washed with water at 90°C, and dried using an evaporator. The dried catalyst was transferred to a calcination tube and further dried at 150°C under argon gas flow. 2.5 g of the further dried catalyst was reduced at 500°C under hydrogen flow, and after cooling, stabilized with 6% oxygen/nitrogen to prepare a 5.5% Ru-2.4% Pt-5.4% Sn-0.47% Fe/activated carbon (calculated value based on the input base) catalyst supported in a four-component batch (referred to as “FeCl 3 batch” in Table 1). The same reaction as in Comparative Example 1 was performed using 2 g of this catalyst. The results are shown in Table 1.
(실시예 1)(Example 1)
비교예 1에서 얻어진 환원 촉매에 Fe 금속으로서 0.2%, Cr 금속으로서 0.2%가 되도록 FeCl3·6H2O, CrCl3·6H2O를 이용하고, 용매로서 물을 사용한 것 이외는 비교예 2와 동일한 방법으로 0.2% Fe-0.2% Cr 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.A 0.2% Fe-0.2% Cr supported catalyst was obtained in the same manner as Comparative Example 2, except that FeCl 3 ·6H 2 O and CrCl 3 ·6H 2 O were used so that the Fe metal content and Cr metal content were 0.2% and 0.2%, respectively, in the reduction catalyst obtained in Comparative Example 1, and that water was used as a solvent. Using this catalyst, the same reaction as in Comparative Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(실시예 2)(Example 2)
비교예 1에서 얻어진 환원 촉매에 Fe 금속으로서 0.4%, Cr 금속으로서 0.1%가 되도록 FeCl3·6H2O, CrCl3·6H2O를 사용하고, 용매로서 물을 사용한 것 이외는 비교예 2와 동일한 방법으로 0.4% Fe-0.1% Cr 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.A 0.4% Fe-0.1% Cr supported catalyst was obtained in the same manner as Comparative Example 2, except that FeCl 3 ·6H 2 O and CrCl 3 ·6H 2 O were used so that the Fe metal content was 0.4% and the Cr metal content was 0.1% in the reduction catalyst obtained in Comparative Example 1, and that water was used as a solvent. The same reaction as in Comparative Example 1 was performed using this catalyst. The results are shown in Table 1.
(실시예 3)(Example 3)
비교예 1에서 얻어진 환원 촉매에 Fe 금속으로서 0.2%, Mo 금속으로서 0.2%가 되도록 FeCl3·6H2O, (NH4)6Mo7O24·4H2O를 사용하고, 용매로서 물을 사용한 것 이외는 비교예 2와 동일한 방법으로 0.2% Fe-0.2% Mo 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.A 0.2% Fe-0.2% Mo supported catalyst was obtained in the same manner as Comparative Example 2, except that FeCl 3 ·6H 2 O, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O were used so that the Fe metal content and Mo metal content were 0.2% and that water was used as a solvent, respectively, in the reduction catalyst obtained in Comparative Example 1. The catalyst was used to carry out the same reaction as in Comparative Example 1. The results are shown in Table 1.
(실시예 4)(Example 4)
비교예 1에서 얻어진 환원 촉매에 Fe 금속으로서 0.4%, Mo 금속으로서 0.1%가 되도록 FeCl3·6H2O, 몰리브덴(VI)산 암모늄 사수화물((NH4)6Mo7O24·4H2O)을 사용하고, 용매로서 3% HCl 수용액을 사용한 것 이외는 비교예 2와 동일한 방법으로 0.4% Fe-0.1% Mo 담지 촉매를 얻었다. 이 촉매를 사용하여 비교예 1과 동일한 반응을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.A 0.4% Fe-0.1% Mo supported catalyst was obtained in the same manner as Comparative Example 2, except that FeCl 3 ·6H 2 O and ammonium molybdate (VI) tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O) were used so that the Fe metal content was 0.4% and the Mo metal content was 0.1% in the reduction catalyst obtained in Comparative Example 1, and that a 3% HCl aqueous solution was used as a solvent. The same reaction as in Comparative Example 1 was performed using this catalyst. The results are shown in Table 1.
(wt%)Addition amount
(wt%)
(%)Call rate
(%)
(%)CHM
(%)
(%)MCHM
(%)
(%)Total of byproducts
(%)
(%)Total of by-products/uncounted
(%)
표 1로부터 명백한 바와 같이, Fe 및 Cr을 담지한 본 발명의 촉매, Fe 및 Mo를 담지한 본 발명의 촉매에 의하면, 고전화율을 유지한 채로, 주된 부생물인 사이클로헥산메탄올(CHM), 4-메틸사이클로헥산메탄올(MCHM)의 수율을 낮게 할 수 있다. 이에 반해, 철만을 담지한 비교예 2~5, 몰리브덴만을 담지한 비교예 6은 철 등을 수식하지 않는 미수식의 촉매와 비교한 경우에는, 어느 정도의 효과는 확인되지만, 본 발명의 촉매와 비교하면 떨어진다는 것을 알 수 있다.As is clear from Table 1, the catalyst of the present invention supporting Fe and Cr and the catalyst of the present invention supporting Fe and Mo can lower the yield of the main by-products, cyclohexanemethanol (CHM) and 4-methylcyclohexanemethanol (MCHM), while maintaining a high conversion rate. In contrast, Comparative Examples 2 to 5 supporting only iron and Comparative Example 6 supporting only molybdenum show a certain degree of effect when compared with an unmodified catalyst that is not modified with iron, etc., but it can be seen that they are inferior to the catalyst of the present invention.
이상과 같이, 본 발명의 촉매는 고전화율이 유지되며, 또한 부생물 수율이 미첨가와 비교해 60% 이하까지 억제되어, 우수한 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the catalyst of the present invention exhibits excellent effects, as the high conversion rate is maintained and the by-product yield is suppressed to 60% or less compared to that without addition.
산업상 이용 가능성Industrial applicability
본 발명에 의해, 종래의 환원 촉매에 대하여 새로운 특정 메탈을 복수 조합하여 첨가함으로써, 부생물 수율이 극단적으로 저하되고, 목적물 수율이 향상된다. 부생물 수율이 극단적으로 저하됨으로써, 그 후 폴리머 원료로서 사용하는 경우, 정밀한 정제 공정을 생략 또는 간략화하는 것이 가능해지기 때문에, 본 발명은 공업적으로 극히 유용한 기술이다.According to the present invention, by adding a combination of new specific metals to a conventional reduction catalyst, the by-product yield is extremely reduced and the target product yield is improved. Since the by-product yield is extremely reduced, when used as a polymer raw material thereafter, it becomes possible to omit or simplify a precise purification process, and therefore the present invention is an extremely useful technology industrially.
Claims (8)
상기 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 상기 철의 담지량이 0.01질량% 이상 4질량% 이하이고, 또한 상기 크롬 및/또는 몰리브덴의 합계 담지량이 0.01질량% 이상 2질량% 이하인, 금속 담지 촉매.In the first paragraph,
A metal-supported catalyst, wherein the amount of iron supported is 0.01 mass% or more and 4 mass% or less with respect to the total mass of the metal-supported catalyst, and further, the total amount of chromium and/or molybdenum supported is 0.01 mass% or more and 2 mass% or less.
상기 담체가 탄소질 담체인, 금속 담지 촉매.In paragraph 1 or 2,
A metal-supported catalyst, wherein the carrier is a carbonaceous carrier.
상기 금속 담지 촉매의 총질량에 대한 루테늄, 주석, 백금, 철, 몰리브덴 및 크롬의 합계 담지량이 5질량% 이상인, 금속 담지 촉매.In paragraph 1 or 2,
A metal-supported catalyst, wherein the total supported amount of ruthenium, tin, platinum, iron, molybdenum, and chromium is 5 mass% or more based on the total mass of the metal-supported catalyst.
상기 금속 담지 촉매가 수소 환원을 거쳐 조제되는, 금속 담지 촉매.In paragraph 1 or 2,
A metal-supported catalyst prepared by subjecting the metal-supported catalyst to hydrogen reduction.
상기 카복실산이 1,4-사이클로헥산디카복실산이고, 상기 카복실산 에스테르가 1,4-사이클로헥산디카복실산의 에스테르인, 알코올의 제조 방법.In Article 6,
A method for producing alcohol, wherein the carboxylic acid is 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid and the carboxylic acid ester is an ester of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid.
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Legal Events
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