KR101336975B1 - Catalyst for manufacturing alkylamine from reductive amination - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알코올의 환원성 아민화 반응에 의한 알킬아민 제조에 유용한 촉매에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 수소 존재하에서 이소프로필알코올을 암모니아와 반응시켜 1차 아민 화합물인 모노이소프로필아민을 상압에서 효과적으로 제조 할 수 있는 촉매로서, 코발트 전구체를 γ-Al2O3 지지체에 함침시켜 Co3O4/γ-Al2O3 촉매를 제조하는 방법 및 그 촉매를 사용한 알킬아민의 제조방법에 관한 것이다.
상기 제조방법으로 제조된 환원성 아민화 반응 촉매는 기존의 고압에서의 환원성 아민화 반응 대신 상압에서 장시간 안정적으로 촉매활성을 유지 할 수 있고, 이소프로필알코올뿐만 아니라 알코올류의 환원성 아민화 반응을 필요로 하는 여러 공정에서 유용하게 사용될 수 있는 매우 경제적이고 효율적인 촉매이다.The present invention relates to a catalyst useful for preparing alkylamines by reductive amination reactions of alcohols. More specifically, in the presence of hydrogen, isopropyl alcohol is reacted with ammonia to effectively prepare monoisopropylamine, a primary amine compound at normal pressure, and a cobalt precursor is impregnated into a γ-Al 2 O 3 support to give Co 3 A method for producing an O 4 / γ-Al 2 O 3 catalyst and a method for producing an alkylamine using the catalyst.
The reductive amination catalyst prepared by the above method can maintain the catalytic activity stably at normal pressure for a long time instead of the reductive amination reaction at a high pressure, and requires a reductive amination reaction of alcohols as well as isopropyl alcohol. Is a very economical and efficient catalyst that can be useful in many processes.
Description
본 발명은 알코올의 환원성 아민화에 의한 알킬아민 제조용 촉매로서 알루미나 담체에 Co3O4 활성성분이 담지된 Co3O4/알루미나 촉매에 관한 것이다.
The present invention relates to a Co 3 O 4 / alumina catalyst having a Co 3 O 4 active ingredient supported on an alumina carrier as a catalyst for producing alkylamine by reductive amination of alcohol.
알킬아민은 화학, 제약, 농업, 고무, 용제 등의 다양한 분야의 중간체 및 원료로서 중요한 물질이다. 알킬아민을 대표하는 화합물로서 모노이소프로필아민은 고분자의 중합 반응 시 연쇄반응을 조절 및 정지시켜주는 역할을 하는 이소프로필하이드록시아민의 원료물질로 사용되고 있다.Alkylamines are important substances as intermediates and raw materials in various fields such as chemistry, pharmaceuticals, agriculture, rubber, solvents and the like. Monoisopropylamine as a compound representing alkylamine is used as a raw material of isopropyl hydroxyamine, which serves to control and stop the chain reaction during the polymerization of the polymer.
알킬아민의 제조방법으로서 알코올의 환원성 아민화 방법이 알려져 있다. ‘알코올의 환원성 아민화 반응’이라 함은 일반적으로 수소화-탈수소화반응에 활성을 나타내는 촉매의 존재하에 알코올, 암모니아 그리고 수소와의 반응으로 일차, 이차 또는 삼차 아민 생성물을 얻는 반응을 말한다.As a method for producing alkylamine, a method of reducing amination of alcohol is known. The term 'reductive amination of alcohol' refers to a reaction in which a primary, secondary or tertiary amine product is obtained by reaction with alcohol, ammonia and hydrogen in the presence of a catalyst which is active in the hydrogenation-dehydrogenation reaction.
알코올의 환원성 아민화 반응용 촉매로는 니켈, 코발트 혹은 구리 등의 금속을 단독으로 사용하거나 알킬아민의 선택성을 높이기 위해 증진제 역할을 하는 금속(예 : 팔라듐, 루테늄, 아연, 마그네슘, 철 등)을 미량 혼합하여 사용한다. 통상적으로 환원성 아민화 반응은 수소 존재하에서 알코올과 암모니아의 반응에 의해 일차 아민을 제조하는 것이다. 아민에 대한 양호한 선택성은 보통 이차 알코올이 적당한 촉매하에 과량의 암모니아 존재하에서 고압의 반응조건에서 얻어진다. 또한 반응을 수행하기 전에, 환원성 아민화 촉매를 적절한 온도에서 환원시켜 반응하며, 높은 촉매 활성 및 선택성 그리고 촉매 안정성을 유지하기 위해 반응 중에 수소 가스를 첨가하는 것이 바람직하다. As a catalyst for reductive amination of alcohols, metals such as nickel, cobalt, or copper may be used alone, or metals (eg, palladium, ruthenium, zinc, magnesium, iron, etc.) serving as enhancers to increase selectivity of alkylamines. Use a small amount of mixture. Typically, reductive amination reactions produce primary amines by the reaction of alcohols with ammonia in the presence of hydrogen. Good selectivity for amines is usually obtained under high pressure reaction conditions in which secondary alcohols are present in the presence of excess ammonia under suitable catalysts. In addition, before carrying out the reaction, the reducing amination catalyst is reacted by reducing at an appropriate temperature, and it is preferable to add hydrogen gas during the reaction to maintain high catalytic activity and selectivity and catalyst stability.
피셔 등(A. Fischer et al)은 실리카 지지체에 니켈 혹은 코발트를 함침법으로 담지시킨 촉매 하에서 에탄올을 환원성 아민화 반응하여 에틸아민류를 제조하는 방법을 발표하였다(Appl. Catal. 125, (1995) 99). 상기 논문에 의하면 실리카 지지체에 코발트가 함침 된 촉매가 니켈이 함침 된 촉매보다 환원성 아민화 반응에 더 유용한 것으로서 언급되어 있다.Fischer et al. (A. Fischer et al.) Disclose a method for preparing ethylamines by reductive amination of ethanol under a catalyst in which nickel or cobalt is impregnated on a silica support (Appl. Catal. 125, (1995). 99). According to the paper, catalysts impregnated with cobalt on silica supports are mentioned as more useful for reductive amination reactions than catalysts impregnated with nickel.
미국등록특허 제5,917,092호에는 제올라이트의 한 종류인 NH4-ZSM-5에 코발트와 칼륨을 이온교환시켜 제조한 촉매를 사용하여 이소프로필알코올로부터 모노이소프로필아민을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 당해 특허문헌에는 K-Co-ZSM-5 촉매를 212 ℃의 반응 온도와 17 bar의 압력 조건하에서 100 %의 전환률과 90% 이상의 모노이소프로필아민 선택도를 갖는 것으로 나타났다. 그러나 촉매 제조하는데 5일 이상 소요되며, NH4-ZSM-5의 Si/Al 비율에 따라 정량적으로 코발트와 칼륨을 이온교환 시키기 어렵고, 압력 조건하에서 반응함으로써 위험하다는 단점이 있었다. U.S. Patent No. 5,917,092 describes a process for producing monoisopropylamine from isopropyl alcohol using a catalyst prepared by ion exchange of cobalt and potassium to NH 4 -ZSM-5, a type of zeolite. The patent document showed that the K-Co-ZSM-5 catalyst had a conversion rate of 100% and a monoisopropylamine selectivity of 90% or more under a reaction temperature of 212 ° C. and a pressure condition of 17 bar. However, it takes more than 5 days to prepare the catalyst, it is difficult to ion-exchange cobalt and potassium quantitatively according to the Si / Al ratio of NH 4 -ZSM-5, there was a disadvantage that it is dangerous by reacting under pressure conditions.
미국등록특허 제4,912,260호는 함침법으로 제조한 니켈-팔라듐-루테늄-알루미나 촉매를 사용하여 오토클레이브를 이용한 액체상 반응으로 자생 압력하에서 이소프로필알코올을 모노이소프로필아민으로 전환하는 방법을 기재하고 있다. 이는 자생 압력하에서의 액체상 반응으로 연속 반응 공정에 어려움이 있고, 반응물과 촉매의 분리가 힘들다는 단점이 있었다. 또한 목적하는 모노이소프로필아민의 수율은 반응 조건에 따라 12.4 ~ 62.6%로 낮은 수율을 나타내기 때문에, 상기 방법은 경제적인 측면에서 보면, 모노이소프로필아민 생산을 위한 환원성 아민화 반응에는 바람직하지 않았다.U.S. Patent No. 4,912,260 describes a process for converting isopropyl alcohol to monoisopropylamine under autogenous pressure by liquid phase reaction using an autoclave using a nickel-palladium-ruthenium-alumina catalyst prepared by impregnation. This is a liquid phase reaction under autogenous pressure, there is a difficulty in the continuous reaction process, it was difficult to separate the reactant and the catalyst. In addition, since the yield of the desired monoisopropylamine shows a low yield of 12.4 to 62.6% depending on the reaction conditions, the method is economically unfavorable for reductive amination for monoisopropylamine production. .
미국등록특허 제5,932,769호에는 알루미나 지지체에 코발트와 팔라듐을 함침시켜 제조한 촉매를 사용하여 이소프로필알코올로부터 모노이소프로필아민으로 전환하는 방법을 기재하고 있다. 당해 특허문헌에는 코발트-팔라듐 촉매를 193 ℃의 반응온도와 17 bar의 압력 조건하에서 90 % 이상의 전환율과 70 %이상의 모노이소프로필아민 선택도를 갖는 것으로 나타났다. 그러나 값비싼 귀금속류의 팔라듐을 촉매로 사용하고, 높은 압력조건하에서 반응을 진행하기 때문에 상기 방법은 경제적인 측면에서 보면, 모노이소프로필아민생산을 위한 환원성 아민화 반응에는 바람직하지 않았다.
U.S. Patent No. 5,932,769 describes a method for converting isopropyl alcohol to monoisopropylamine using a catalyst prepared by impregnating cobalt and palladium on an alumina support. The patent document showed that the cobalt-palladium catalyst had a conversion rate of 90% or more and a monoisopropylamine selectivity of 70% or more under a reaction temperature of 193 ° C. and a pressure of 17 bar. However, since the palladium of expensive precious metals is used as a catalyst and the reaction proceeds under high pressure conditions, the method is economically unfavorable for reductive amination for monoisopropylamine production.
본 발명은 종래 알코올의 환원성 아민화 반응에 의한 모노알킬아민을 제조하는 반응이 자생압력하에서 액체상으로 진행됨으로써 연속공정으로 진행되는 것이 어렵고, 반응물과 촉매 분리가 용이하지 않고, 반응공정이 고압조건 하에서의 진행되고, 그리고 적용되는 촉매의 제조공정이 복잡한 등의 문제점을 해결하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.The present invention is difficult to proceed to the continuous process by producing a monoalkylamine by the reductive amination reaction of the alcohol in the liquid phase under autogenous pressure, difficult to separate the reactant and the catalyst, the reaction process under high pressure conditions It is an object of the present invention to solve problems such as the progress of the process and the production process of the catalyst applied is complicated.
즉, 본 발명은 알코올의 환원성 아민화 반응에 적용되어 상압 조건에서도 효과적으로 반응을 진행시킬 수 있고, 또한 장시간 안정적으로 촉매 활성을 유지할 수 있는 신규 촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 촉매를 사용하여 알코올을 아민화 반응시켜 알킬아민을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
That is, an object of the present invention is to provide a novel catalyst and a method for producing the same, which can be applied to the reductive amination reaction of alcohol to effectively proceed the reaction even under atmospheric pressure conditions and can stably maintain the catalytic activity for a long time. In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing an alkylamine by amination of an alcohol using the catalyst.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 알코올의 환원성 아민화 반응에 사용되는 Co3O4/알루미나 촉매를 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized by the Co 3 O 4 / alumina catalyst used in the reductive amination reaction of alcohol.
또한, 본 발명은 코발트 전구체 수용액을 함침법을 이용하여 지지체에 담지시킨 후, 건조 및 소성하여 제조하는 알코올의 환원성 아민화 반응용 Co3O4/알루미나 촉매의 제조방법을 그 특징으로 한다.In addition, the present invention is Co 3 O 4 / alumina for reducing amination reaction of alcohol prepared by supporting the aqueous solution of cobalt precursor on the support using the impregnation method, and then dried and calcined It is characterized by a method for producing a catalyst.
또한, 본 발명은 Co3O4/알루미나 촉매와 수소를 접촉시켜 촉매를 활성화 시키는 단계, 알코올과 암모니아를 혼합하여 아민화 반응 혼합물을 형성하는 단계, 그리고 수소 존재하에서 상기 아민화 반응 혼합물을 0.5 ~ 2.0 기압에서 상기 활성화 촉매에 접촉시켜 반응시키는 단계를 포함하는 알킬아민의 제조방법을 그 특징으로 한다.
In addition, the present invention is Co 3 O 4 / alumina Contacting the catalyst with hydrogen to activate the catalyst, mixing alcohol with ammonia to form an amination reaction mixture, and reacting the amination reaction mixture with the activation catalyst at 0.5 to 2.0 atmospheres in the presence of hydrogen. It is characterized by a method for producing an alkylamine comprising the step.
본 발명의 Co3O4/알루미나 촉매는 알코올의 환원성 아민화 반응에 적용되어서는 상압(약 1.0 기압의 압력) 조건에서도 높은 촉매활성을 장시간 안정적으로 유지하므로, 고압반응 조건을 유지하는 종래방법을 개선시키는 효과가 있다.Co 3 O 4 / alumina of the present invention Since the catalyst is applied to the reductive amination reaction of alcohol, it maintains high catalytic activity stably for a long time even under normal pressure (pressure of about 1.0 atm), thereby improving the conventional method of maintaining high pressure reaction conditions.
따라서 Co3O4/알루미나 촉매는 알코올류 아민화 반응을 필요로 하는 여러 공정에서 유용하게 사용될 수 있는 매우 경제적이고 효율적인 촉매이다.
Thus Co 3 O 4 / alumina Catalysts are very economical and efficient catalysts that can be usefully used in many processes that require alcohol amination reactions.
도 1은 Co3O4/γ-Al2O3(실시예 4) 촉매와 Co/γ-Al2O3 촉매 각각에 X-선 회절패턴이다.
도 2는 Co3O4/γ-Al2O3(실시예 4) 촉매의 TGA-DTA 분석결과이다.
도 3은 Co3O4/γ-Al2O3(비교예 1) 촉매의 TGA-DTA 분석결과이다.1 is a Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 (Example 4) catalyst and Co / γ-Al 2 O 3 Each catalyst is an X-ray diffraction pattern.
2 is Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 (Example 4) TGA-DTA analysis of the catalyst.
3 is Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 (Comparative Example 1) TGA-DTA analysis of the catalyst.
본 발명은 알코올의 환원성 아민화 반응에 사용되는 Co3O4/알루미나 촉매에 관한 것이다. The present invention is a Co 3 O 4 / alumina used in the reductive amination reaction of alcohol It relates to a catalyst.
본 발명의 Co3O4/알루미나 촉매 제조에 사용되는 알루미나(Al2O3)는 촉매 제조분야에서 지지체로 일반적으로 사용되고 있는 것으로, α-알루미나, γ-알루미나 등이 포함될 수 있다. γ-Al2O3는 비표면적이 150 ~ 300 m2/g 정도인 금속 산화물로서, 600℃ 정도에서 알루미나 겔을 소성하여 감마상으로 제조한 것이다. 이러한 γ-Al2O3는 다공성이고 열안정성이 높은 특성을 갖으며, 순도가 높고, 합성조건의 조절로 특별한 형태의 물리적 성상을 가지도록 할 수 있는 장점을 가지고 있다.Alumina (Al 2 O 3 ) used in the preparation of Co 3 O 4 / alumina catalyst of the present invention is generally used as a support in the field of catalyst production, it may include α-alumina, γ-alumina and the like. γ-Al 2 O 3 is a metal oxide having a specific surface area of about 150 to 300 m 2 / g. The γ-Al 2 O 3 is prepared in a gamma phase by calcining an alumina gel at about 600 ° C. Such γ-Al 2 O 3 is porous and has high thermal stability, high purity, and has the advantage of having a special physical property by controlling synthetic conditions.
상기한 알루미나 지지체에 담지되는 활성성분으로서 코발트는 촉매 전체 중량에 대하여 4 ~ 30 중량% 범위로 담지되는 것이 바람직하다. 코발트의 담지량이 4 중량% 미만이면 활성성분의 함량이 너무 적어 알코올의 환원성 아민화 반응에 적용되어서는 촉매로서 미치는 영향이 미미하게 되는 문제가 있을 수 있고, 30 중량%를 초과하여 과량을 담지시키게 되면 지지체 상에 활성성분이 고르게 분산되지 못하는데 문제가 있다.As the active ingredient supported on the alumina support, cobalt is preferably supported in the range of 4 to 30% by weight based on the total weight of the catalyst. If the supported amount of cobalt is less than 4% by weight, the content of the active ingredient may be too small, so that the effect of the catalyst may be insignificant when applied to the reductive amination of alcohol, and the excess amount may be more than 30% by weight. There is a problem that the active ingredient is not evenly dispersed on the support.
상기한 바대로, 본 발명의 촉매는 알루미나 지지체에 코발트 산화물(Co3O4)이 담지된 코발트 산화물 촉매이며, 촉매의 제조방법에 따라 코발트 성분의 담지형태는 달라질 수 있다. 즉, 지지체에 대한 코발트 전구체의 담지조건에 따라 코발트 성분은 코발트금속(Co) 및 코발트 산화물(CoO, Co2O3, Co3O4) 등의 형태로 담지될 수 있다. 현재까지 보고된 알코올의 환원성 아민화 반응용 코발트 촉매는 알루미나 지지체에 코발트 금속이 담지된 Co/알루미나 촉매로서, 촉매슬러리를 100℃ 이상의 고온에서 건조한 후 400℃ 내지 600℃ 온도로 소성하여 제조하고 있다. 그러나, 본 발명은 촉매 제조방법에서 코발트 전구체와 알루미나 지지체가 포함된 촉매 슬러리를 건조 및 소성함에 있어, 상기 건조는 5℃ 내지 50℃의 온도 조건에서 수행하고, 상기 소성은 공기 기류하에서 400℃ 내지 600℃ 온도로 소성함으로써 Co3O4/알루미나 촉매를 제조할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 Co3O4/알루미나 촉매 제조방법에도 그 특징이 있다.As described above, the catalyst of the present invention is a cobalt oxide catalyst in which cobalt oxide (Co 3 O 4 ) is supported on an alumina support, and the supported form of the cobalt component may vary depending on the preparation method of the catalyst. That is, the cobalt component may be supported in the form of cobalt metal (Co) and cobalt oxide (CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 ) according to the supporting conditions of the cobalt precursor for the support. The cobalt catalyst for reducing amination reaction of alcohol reported to date is a Co / alumina catalyst in which a cobalt metal is supported on an alumina support, and is prepared by drying the catalyst slurry at a temperature of 100 ° C. or higher and then firing it at 400 ° C. to 600 ° C. . However, in the present invention, in drying and calcining a catalyst slurry containing a cobalt precursor and an alumina support in the catalyst production method, the drying is performed at a temperature of 5 ℃ to 50 ℃, the firing is 400 ℃ to under the air stream Co 3 O 4 / alumina by firing at 600 ℃ The catalyst could be prepared. Thus, the present invention provides Co 3 O 4 / alumina The catalyst production method also has its characteristics.
본 발명에 따른 Co3O4/알루미나 촉매의 제조방법은 1)코발트 전구체 수용액과 알루미나를 혼합하여 촉매 슬러리를 제조하는 과정, 2)상기 촉매 슬러리를 5℃ 내지 50℃의 온도 조건 하에서 건조시키는 과정, 및 3)상기 건조된 촉매슬러리를 공기기류 하에서 400℃ 내지 600℃ 온도로 소성하여 Co3O4/알루미나 촉매를 제조하는 과정을 포함한다.Co 3 O 4 / alumina according to the invention The method for preparing a catalyst includes 1) preparing a catalyst slurry by mixing an aqueous solution of cobalt precursor and alumina, 2) drying the catalyst slurry under a temperature condition of 5 ° C. to 50 ° C., and 3) removing the dried catalyst slurry. Co 3 O 4 / Alumina by firing at a temperature of 400 ℃ to 600 ℃ under air stream Preparing a catalyst.
먼저, 코발트 전구체 수용액과 알루미나 지지체를 혼합하여 촉매 슬러리 제조한다. 본 발명이 사용하는 코발트 전구체 화합물은 특별히 한정되지 아니하나, 촉매 제조분야에서 일반적으로 사용되고 있는 전구체 화합물로서 예를 들면 염화 코발트, 아세트산 코발트, 질산 코발트 또는 이들의 혼합물이 대표적으로 사용될 수 있다. First, a catalyst slurry is prepared by mixing a cobalt precursor aqueous solution and an alumina support. The cobalt precursor compound used in the present invention is not particularly limited, but for example, cobalt chloride, cobalt acetate, cobalt nitrate, or a mixture thereof may be used as a precursor compound generally used in the field of catalyst production.
그런 다음, 상기 촉매 슬러리를 건조 및 소성시켜 촉매를 제조한다. 상기 건조는 5℃ 내지 50℃의 온도 조건 바람직하게는 10℃ 내지 40 ℃, 더욱 바람직하게는 20℃ 내지 28℃에서 20시간 내지 30시간 정도 건조시킨다. 이때 건조 온도가 너무 낮으면 많은 시간이 소요되고, 너무 높으면 알루미나 지지체에 코발트 전구체가 일정하게 분포되지 못하고 한 곳으로 뭉침 현상이 발생하게 된다. 소성은 공기기류 하에서 400℃ 내지 600℃에서 1 시간 내지 3 시간가량 소성할 수 있다. 소성 온도가 400℃ 미만일 경우에는 코발트 이온이 산화물 형태로 존재하지 못하고 금속 코발트로 환원되는 문제가 있고, 600℃를 초과하는 온도에서 소성할 경우에는 촉매 입자가 열적 안정성을 잃게 되어 뭉침 현상이 발생하면서 촉매의 비표면적이 감소되는 문제가 있을 수 있다.Then, the catalyst slurry is dried and calcined to prepare a catalyst. The drying is performed at a temperature condition of 5 ° C to 50 ° C, preferably at 10 ° C to 40 ° C, more preferably at 20 ° C to 28 ° C, for about 20 to 30 hours. At this time, if the drying temperature is too low, it takes a lot of time, if too high, the cobalt precursor is not uniformly distributed on the alumina support, and agglomeration occurs in one place. Firing may be performed for 1 hour to 3 hours at 400 ° C. to 600 ° C. under air flow. If the firing temperature is less than 400 ℃ cobalt ions do not exist in the form of oxides and are reduced to metal cobalt, and when the firing at a temperature above 600 ℃ the catalyst particles lose the thermal stability and agglomeration occurs There may be a problem that the specific surface area of the catalyst is reduced.
한편, 본 발명은 Co3O4/알루미나 촉매를 이용하여 알코올을 환원성 아미노하 반응시켜 알킬아민을 제조하는 방법도 특징으로 한다.On the other hand, the present invention is Co 3 O 4 / alumina It is also characterized by a method of producing an alkylamine by reacting an alcohol under reducing amino using a catalyst.
본 발명에 따른 알킬아민이 제조방법은 ⅰ)Co3O4/알루미나 촉매를 수소기체에 접촉시켜 촉매를 활성화시키는 단계, ⅱ)알코올과 아민 화합물을 혼합하여 아민화 반응혼합물을 제조하는 단계, 및 ⅲ)수소기류 및 0.5 ~ 2.0 기압의 조건에서 상기 아민화 반응혼합물을 상기 활성화된 촉매와 접촉시키면서 아민화 반응시키는 단계를 포함하여 이루어진다.Alkylamine according to the invention the production method is ⅰ) Co 3 O 4 / alumina Contacting the catalyst with a hydrogen gas to activate the catalyst, ii) mixing the alcohol and the amine compound to produce an amination reaction mixture, and iii) subjecting the amination reaction mixture to hydrogen gas and 0.5 to 2.0 atmospheres. And amination reaction while contacting the activated catalyst.
본 발명의 환원성 아민화 반응은 Co3O4/알루미나 촉매를 사용함으로 인하여 상압 조건에서도 충분한 촉매활성을 얻을 수 있다. 따라서, 종래 제조방법이 고압반응기를 사용하는 등의 공정상 번거로움이 있었는데 반하여, 본 발명은 반응기의 선택에 있어 특별한 제약을 받지 않으며, 당 분야에서 적용되는 통상의 반응기를 사용하며, 특히 고정층 충진 반응기를 사용하여 연속 공정으로 수행하는 것이 경제성이 있어 바람직하다.Reductive amination reaction of the present invention is Co 3 O 4 / alumina By using a catalyst, sufficient catalytic activity can be obtained even at atmospheric pressure. Therefore, while the conventional manufacturing method has a cumbersome process, such as using a high pressure reactor, the present invention is not particularly limited in the selection of the reactor, using a conventional reactor applied in the art, in particular fixed bed filling It is preferable to carry out in a continuous process using a reactor because it is economical.
또한 Co3O4/알루미나 촉매는 환원성 아민화 반응에 적용되기 이전에 활성화하는 전처리 과정이 필요하며, 촉매 활성화를 위하여 본 발명에서는 수소기체를 사용하여 500℃ 내지 700℃ 온도에서 2 시간 내지 10 시간정도 충분히 촉매를 활성화시킨 후에 사용하는 것이 좋다. 본 발명자들의 연구 결과에 의하면, Co3O4/알루미나 촉매는 활성화 조건에 따라, 예를 들어 아르곤 가스, 질소 가스 또는 공기 조건하에서 활성화하는 경우 코발트 산화물의 산화수 또는 상 배향이 변화하거나 또는 합금을 형성하는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명은 Co3O4/알루미나 촉매의 활성화를 위하여 수소기체를 사용하는 것도 특징이 될 수 있다.In addition, Co 3 O 4 / alumina catalyst requires a pre-treatment process to activate before being applied to the reductive amination reaction, in the present invention for the catalyst activation using hydrogen gas in the temperature of 500 ℃ to 700
본 발명에서는 아민화 반응물로서 알코올과 아민 화합물을 사용한다. 알코올은 탄소수 1 내지 6의 모노알코올 화합물로서 예를 들면 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올 등이 사용될 수 있으며, 그 중 바람직하기로는 이소프로필알코올을 사용하는 것이다. 아민 화합물은 대표적으로 암모니아를 사용할 수 있다.In the present invention, alcohols and amine compounds are used as amination reactions. The alcohol may be, for example, methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butanol and the like as a monoalcohol compound having 1 to 6 carbon atoms, and isopropyl alcohol is preferably used. The amine compound can typically use ammonia.
상기한 아민화 반응물을 활성화된 Co3O4/알루미나 촉매와 수소기류 조건하에서 반응시켜 알킬아민을 제조한다. 이때, 알코올 대 수소의 부피비는 1 : 1 ~ 20인 것이 바람직하며, 알코올 대 아민 화합물의 부피비는 1 : 1 ~ 15인 것이 바람직하다. 상기 반응의 공간속도는 0.5 ~ 10.0 h-1이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한 상기 반응의 온도는 170 ~ 250 ℃인 것이 바람직하며, 반응압력은 0.5 ~ 2 기압을 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명의 Co3O4/알루미나 촉매하에서의 아민화 반응은 상압 조건하에서도 촉매활성을 안정적으로 장시간 유지할 수 있었다.The amination reaction described above was activated with Co 3 O 4 / alumina. An alkylamine is prepared by reaction under a catalyst and hydrogen stream conditions. At this time, the volume ratio of alcohol to hydrogen is preferably 1: 1 to 20, and the volume ratio of alcohol to amine compound is preferably 1: 1 to 15. The space velocity of the reaction is preferably adjusted to be 0.5 ~ 10.0 h -1 . In addition, the temperature of the reaction is preferably 170 ~ 250 ℃, the reaction pressure is preferably maintained at 0.5 ~ 2 atm. Co 3 O 4 / alumina of the present invention The amination reaction under the catalyst was able to stably maintain the catalytic activity for a long time even under atmospheric pressure conditions.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 하기한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여만 할 것이다.
The present invention as described above will be described in more detail on the basis of the following examples, it should be understood that the following examples are merely to illustrate the present invention, not to limit the present invention.
[실시예] 촉매의 제조
[Examples] Preparation of Catalyst
실시예 1 : 4 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매의 제조Example 1 4 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.148 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 1.4 g에 담지시켜 촉매슬러리를 얻었다. 상기 촉매슬러리를 약 25 ℃에서 하루정도 건조시켰다. 그런 다음, 상기 건조된 촉매슬러리를 공기를 흘려주면서 500℃에서 2 시간동안 소성하였다. 이렇게 제조된 상기 소성된 촉매에 또다시 코발트 전구체인 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.148 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 수용액을 함침시킨 후 상기와 같은 방법으로 건조 및 소성과정을 거쳐 전체 촉매중량을 기준으로의 코발트의 담지량이 4 중량%인 Co3O4/γ-Al2O3를 제조하였다.
0.148 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a cobalt precursor was dissolved in 2 ml of distilled water, and this aqueous solution was supported on 1.4 g of a γ-Al 2 O 3 support to obtain a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried at about 25 ° C. for about one day. Then, the dried catalyst slurry was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air. The calcined catalyst thus prepared was impregnated with an aqueous solution in which 0.148 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), a cobalt precursor, was dissolved in 2 ml of distilled water, and then dried and calcined in the same manner as described above. Through the process, Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 having a supported amount of cobalt based on the total weight of the catalyst was 4% by weight.
실시예 2 : 11 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매의 제조Example 2 11 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.445 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 1.4 g에 담지시켜 촉매슬러리를 얻었다. 상기 촉매슬러리를 약 25 ℃에서 하루정도 건조시켰다. 그런 다음, 상기 건조된 촉매슬러리를 공기를 흘려주면서 500℃에서 2 시간동안 소성하였다. 이렇게 제조된 상기 소성된 촉매에 또다시 코발트 전구체인 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.445 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 수용액을 함침시킨 후 상기와 같은 방법으로 건조 및 소성과정을 거쳐 전체 촉매중량을 기준으로의 코발트의 담지량이 11 중량%인 Co3O4/γ-Al2O3를 제조하였다.
0.445 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a cobalt precursor was dissolved in 2 ml of distilled water, and this aqueous solution was supported on 1.4 g of a γ-Al 2 O 3 support to obtain a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried at about 25 ° C. for about one day. Then, the dried catalyst slurry was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air. The calcined catalyst thus prepared was impregnated with an aqueous solution in which 0.445 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), a cobalt precursor, was dissolved in 2 ml of distilled water, and then dried and calcined in the same manner as described above. After the process, Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 having 11 wt% of the supported amount of cobalt based on the total catalyst weight was prepared.
실시예 3 : 17 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매의 제조Example 3 17 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.742 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 1.4 g에 담지시켜 촉매슬러리를 얻었다. 상기 촉매슬러리를 약 25 ℃에서 하루정도 건조시켰다. 그런 다음, 상기 건조된 촉매슬러리를 공기를 흘려주면서 500℃에서 2 시간동안 소성하였다. 이렇게 제조된 상기 소성된 촉매에 또다시 코발트 전구체인 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.742 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 수용액을 함침시킨 후 상기와 같은 방법으로 건조 및 소성과정을 거쳐 전체 촉매중량을 기준으로의 코발트의 담지량이 17 중량%인 Co3O4/γ-Al2O3를 제조하였다.
0.742 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was dissolved in 2 ml of distilled water as a cobalt precursor, and this aqueous solution was supported on 1.4 g of a γ-Al 2 O 3 support to obtain a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried at about 25 ° C. for about one day. Then, the dried catalyst slurry was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air. The calcined catalyst thus prepared was impregnated with an aqueous solution in which 0.742 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), a cobalt precursor, was dissolved in 2 ml of distilled water, and then dried and calcined in the same manner as described above. After the process, Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 having a supported amount of cobalt based on the total weight of the catalyst was 17% by weight.
실시예 4 : 23 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매의 제조Example 4 23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 1.039 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 1.4 g에 담지시켜 촉매슬러리를 얻었다. 상기 촉매슬러리를 약 25 ℃에서 하루정도 건조시켰다. 그런 다음, 상기 건조된 촉매슬러리를 공기를 흘려주면서 500℃에서 2 시간동안 소성하였다. 이렇게 제조된 상기 소성된 촉매에 또다시 코발트 전구체인 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 1.039 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 수용액을 함침시킨 후 상기와 같은 방법으로 건조 및 소성과정을 거쳐 전체 촉매중량을 기준으로의 코발트의 담지량이 23 중량%인 Co3O4/γ-Al2O3를 제조하였다.
1.039 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a cobalt precursor was dissolved in 2 ml of distilled water, and this aqueous solution was supported on 1.4 g of a γ-Al 2 O 3 support to obtain a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried at about 25 ° C. for about one day. Then, the dried catalyst slurry was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air. The calcined catalyst thus prepared was impregnated with an aqueous solution in which 1.039 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), a cobalt precursor, was dissolved in 2 ml of distilled water, and then dried and calcined in the same manner as above. After the process, Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 having a supported amount of cobalt based on the total weight of the catalyst was 23% by weight.
실시예 5 : 27 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매의 제조Example 5 27 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 1.336 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 1.4 g에 담지시켜 촉매슬러리를 얻었다. 상기 촉매슬러리를 약 25 ℃에서 하루정도 건조시켰다. 그런 다음, 상기 건조된 촉매슬러리를 공기를 흘려주면서 500℃에서 2 시간동안 소성하였다. 이렇게 제조된 상기 소성된 촉매에 또다시 코발트 전구체인 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 1.336 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 수용액을 함침시킨 후 상기와 같은 방법으로 건조 및 소성과정을 거쳐 전체 촉매중량을 기준으로의 코발트의 담지량이 27 중량%인 Co3O4/γ-Al2O3를 제조하였다.
1.336 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a cobalt precursor was dissolved in 2 ml of distilled water, and this aqueous solution was supported on 1.4 g of a γ-Al 2 O 3 support to obtain a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried at about 25 ° C. for about one day. Then, the dried catalyst slurry was calcined at 500 ° C. for 2 hours while flowing air. The calcined catalyst thus prepared was impregnated with an aqueous solution in which 1.336 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), a cobalt precursor, was dissolved in 2 ml of distilled water, and then dried and calcined in the same manner. After the process, Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 having a supported weight of cobalt based on the total weight of the catalyst was 27% by weight.
비교예 1 : 23 중량% Co/γ-Al2O3 촉매의 제조Comparative Example 1: 23 wt% Co / γ-Al 2 O 3 Preparation of the catalyst
코발트 전구체로서 질산코발트 6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 2.079 g을 증류수 2 ㎖에 용해한 뒤, 이 수용액을 γ-Al2O3 지지체 1.4 g에 담지시켜 촉매슬러리를 얻었다. 상기 촉매슬러리를 100 ℃에서 하루정도 건조시켰다. 그런 다음, 상기 건조된 촉매슬러리를 공기를 흘려주면서 400℃에서 3 시간동안 소성하여 전체 촉매중량을 기준으로의 코발트의 담지량이 23 중량%인 Co/γ-Al2O3를 제조하였다.
2.079 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a cobalt precursor was dissolved in 2 ml of distilled water, and this aqueous solution was supported on 1.4 g of a γ-Al 2 O 3 support to obtain a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried at 100 ° C. for one day. Then, the dried catalyst slurry was calcined at 400 ° C. for 3 hours while flowing air to prepare Co / γ-Al 2 O 3 having a supported amount of cobalt of 23 wt% based on the total catalyst weight.
첨부도면 도 1은 상기 실시예 4에서 제조된 23 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매와 상기 비교예 1에서 제조된 23 중량% Co/γ-Al2O3 촉매 각각에 X-선 회절패턴이다. 도 1에 의하면 상기 비교예 1에서 제조된 23 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매에 비해 상기 실시예 4에서 제조된 23 중량% Co3O4/γ-Al2O3 촉매는 결정성이 좋을 뿐 아니라 상이 약간씩 이동됨을 확인할 수 있었다.1 is 23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 prepared in Example 4. 23 wt% Co / γ-Al 2 O 3 prepared in Comparative Example 1 with a catalyst Each catalyst is an X-ray diffraction pattern. According to Figure 1 23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 prepared in Comparative Example 1 23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 prepared in Example 4 compared to the catalyst Not only was the catalyst good crystallinity, but the phase shifted slightly.
도 2와 도 3에는 Co3O4/γ-Al2O3 촉매와 Co/γ-Al2O3 촉매 각각에 대한 TGA-DTA 분석 결과를 첨부하였다. 도 2와 도 3에 의하면 모두 1단계에서 용매가 휘발하여 무게가 감소함을 보이고 온도가 더 높아지면 2단계에서 다시 시료의 열분해반응이 일어나게 되나 열분해 온도가 약 5 ℃의 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다.2 and 3 Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 Catalyst and Co / γ-Al 2 O 3 The results of the TGA-DTA analysis for each catalyst are attached. According to FIGS. 2 and 3, the solvent is volatilized in the first step to reduce the weight, and when the temperature is higher, the pyrolysis reaction of the sample occurs again in the second step, but the pyrolysis temperature is about 5 ° C .. there was.
따라서 본 발명이 특징으로 하는 Co3O4/γ-Al2O3 촉매는 기존의 Co/γ-Al2O3 촉매와는 전혀 다른 촉매물질임을 알 수 있다.
Therefore, Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 characterized by the present invention The catalyst is a conventional Co / γ-Al 2 O 3 It can be seen that the catalyst material is completely different from the catalyst.
[실험예] 촉매활성 비교실험
Experimental Example Comparative Experiment of Catalytic Activity
실험예 1. 촉매의 코발트 담지량에 따른 환원성 아민화 반응활성 실험Experimental Example 1. Experiment of reductive amination reaction according to cobalt loading of catalyst
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 촉매 0.1 g을 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부로 수소기체를 유입하면서 600℃에서 3시간 동안 유지시켜 촉매를 활성화 시켰다. 그리고 나서 반응기 내부온도를 210℃로 유지시킨 다음, 아민화 반응물로서 이소프로필알코올, 암모니아 및 수소를 각각 2.66, 10.66, 15.99 mL/min의 유속으로 투입하여 이소프로필알코올 : 암모니아의 부피비는 1 : 4, 이소프로필알코올 : 수소의 부피비는 1 : 6으로 유지시켰으며, 공간속도는 4.29 h- 1 으로 유지시켰다. 각 촉매하에서의 환원성 아민화 반응을 실시한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
0.1 g of the catalyst prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were charged to a continuously operated fixed bed reactor. Hydrogen gas was introduced into the reactor and maintained at 600 ° C. for 3 hours to activate the catalyst. Then, the temperature inside the reactor was maintained at 210 ° C., and then the isopropyl alcohol, ammonia, and hydrogen were introduced at a flow rate of 2.66, 10.66, 15.99 mL / min, respectively, and the volume ratio of isopropyl alcohol to ammonia was 1: 4. , The volume ratio of isopropyl alcohol: hydrogen was maintained at 1: 6, the space velocity was maintained at 4.29 h - 1 . The results of the reductive amination reaction under each catalyst are shown in Table 1 below.
하기 표 1에 나타낸 반응 생성물의 분석은 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography, Chrompack, CP 9001)를 사용하였고, 이소프로필아민의 전환율은 하기 수학식 1과 같이 계산하였으며, 이소프로필아민 및 아세톤의 선택도와 수율은 하기 수학식 2와 3과 같이 계산하였다.Analysis of the reaction product shown in Table 1 was performed using gas chromatography (Gas Chromatography, Chrompack, CP 9001), the conversion rate of isopropylamine was calculated as shown in
[GC 분석조건][GC analysis condition]
- 컬럼: 모세관 컬럼 (길이 60 m, 0.32 ㎜ CP-volamine) Column: capillary column (length 60 m, 0.32 mm CP-volamine)
- 온도 프로그램: 50 ℃에서 5분유지, 분당 20 ℃로 승온, 200 ℃에서 10 분유지Temperature program: 5 minutes holding at 50 ° C., 20 ° C. per minute, 10 milk holdings at 200 ° C.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 3]&Quot; (3) "
전환율(%)Average
Conversion Rate (%)
수율(%)MIPA
yield(%)
상기 표 1에 의하면, 활성성분인 코발트의 담지량이 증가할수록 모노이소프로필아민(MIPA)의 수율이 증가하는 경향을 나타내었다.
According to Table 1, the yield of monoisopropylamine (MIPA) increased as the supported amount of cobalt as an active ingredient increased.
실험예 2. 알코올과 수소의 비율에 따른 환원성 아민화 반응활성 실험Experimental Example 2 Reductive Amination Activity Experiment According to Alcohol to Hydrogen Ratio
상기 실시예 4에서 제조된 촉매 (23중량% Co3O4/γ-Al2O3) 0.1 g을 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부로 수소기체를 유입하면서 600℃에서 3시간 동안 유지시켜 촉매를 활성화 시켰다. 그리고 나서 반응기 내부온도를 210℃로 유지시킨 다음, 아민화 반응물로서 이소프로필알코올, 암모니아 및 수소를 각각 하기 표 2의 비율로 투입하였으며, 공간속도는 4.29 h- 1 으로 유지시켰다. 알코올 대 수소의 비율에 따른 환원성 아민화 반응활성 실험 결과는 하기 표 2에 나타내었다.0.1 g of the catalyst prepared in Example 4 (23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 ) was charged to a continuously operated fixed bed reactor. Hydrogen gas was introduced into the reactor and maintained at 600 ° C. for 3 hours to activate the catalyst. Then, to each of the isopropyl alcohol, ammonia and hydrogen were maintained to the reactor internal temperature to 210 ℃ as the following, the amination reaction were added in a ratio of Table 2, the space velocity of 4.29 h - and held to one. The results of the reductive amination reaction activity according to the ratio of alcohol to hydrogen are shown in Table 2 below.
(%)Conversion Rate
(%)
수율(%)MIPA
yield(%)
DIPA: 다이이소프로필아민 TEA: 트리에틸아민C 1 -3: a mixture of methane, ethane, propylene, propane MIPA: mono-isopropylamine
DIPA: diisopropylamine TEA: triethylamine
상기 표 2에 의하면, 본 발명의 촉매 존재하에서 환원성 아민화 반응을 수행한 경우 수소의 비율이 증가함에 따라 전환율, 모노이소프로필아민의 선택도 및 수율이 모두 증가하는 경향을 나타내었다. 이소프로필알코올 대 수소의 부피비가 16일 때, 모노이소프로필아민의 수율은 71.9 %로 높았다. 따라서, 본 발명이 특징으로 하는 촉매 하에서는 상압반응 조건하에서도 매우 높은 수율로 알킬아민을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
According to Table 2, when the reductive amination reaction was performed in the presence of the catalyst of the present invention, the conversion rate, the selectivity and the yield of monoisopropylamine all increased as the ratio of hydrogen increased. When the volume ratio of isopropyl alcohol to hydrogen was 16, the yield of monoisopropylamine was high as 71.9%. Therefore, it can be seen that under the catalyst characterized by the present invention, alkylamine can be produced in a very high yield even under atmospheric pressure conditions.
실험예 3. 알코올과 암모니아의 비율에 따른 환원성 아민화 반응활성 실험Experimental Example 3. Reductive Amination Activity Experiment According to Alcohol to Ammonia Ratio
상기 실시예 4에서 제조된 촉매 (23중량% Co3O4/γ-Al2O3) 0.1 g을 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부로 수소기체를 유입하면서 600℃에서 3시간 동안 유지시켜 촉매를 활성화 시켰다. 그리고 나서 반응기 내부온도를 210℃로 유지시킨 다음, 아민화 반응물로서 이소프로필알코올, 암모니아 및 수소를 투입하였으며, 각각 하기 표 1의 비율로 투입하였으며, 공간속도는 4.29 h- 1 으로 유지시켰다. 알코올 대 암모니아의 비율에 따른 환원성 아민화 반응활성 실험 결과는 하기 표 3에 나타내었다.0.1 g of the catalyst prepared in Example 4 (23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 ) was charged to a continuously operated fixed bed reactor. Hydrogen gas was introduced into the reactor and maintained at 600 ° C. for 3 hours to activate the catalyst. Then the reactor was kept the inner temperature to 210 ℃ then Ah was as folk reaction was added isopropyl alcohol, ammonia, and hydrogen, respectively were added at a ratio shown in Table 1, space velocity of 4.29 h - and held to one. The results of the reductive amination reaction activity according to the ratio of alcohol to ammonia are shown in Table 3 below.
(%)Conversion Rate
(%)
수율(%)MIPA
yield(%)
DIPA: 다이이소프로필아민 TEA: 트리에틸아민C 1 -3: a mixture of methane, ethane, propylene, propane MIPA: mono-isopropylamine
DIPA: diisopropylamine TEA: triethylamine
상기 표 3에 의하면, 본 발명의 촉매 존재하에서 환원성 아민화 반응을 수행한 경우 암모니아의 비율이 증가함에 따라 전환율, 모노이소프로필아민의 선택도 및 수율이 모두 증가하는 경향을 나타내었다. 이소프로필알코올 대 암모니아의 부피비가 12일 때, 모노이소프로필아민의 수율은 79.0 %로 높았다. 따라서, 본 발명이 특징으로 하는 촉매 하에서는 상압반응 조건하에서도 매우 높은 수율로 알킬아민을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
According to Table 3, when the reductive amination reaction is carried out in the presence of the catalyst of the present invention, the conversion rate, the selectivity and the yield of monoisopropylamine all increase as the ratio of ammonia increases. When the volume ratio of isopropyl alcohol to ammonia was 12, the yield of monoisopropylamine was as high as 79.0%. Therefore, it can be seen that under the catalyst characterized by the present invention, alkylamine can be produced in a very high yield even under atmospheric pressure reaction conditions.
실험예 4 : 공간속도에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험Experimental Example 4 Experiment of Reductive Amination Activity of Catalyst According to Space Velocity
상기 실시예 4에서 제조된 촉매 (23중량% Co3O4/γ-Al2O3) 0.1 g을 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부로 수소기체를 유입하면서 600℃에서 3시간 동안 유지시켜 촉매를 활성화 시켰다. 그리고 나서 반응기 내부온도를 210℃로 유지시킨 다음, 아민화 반응물로서 이소프로필알코올, 암모니아 및 수소를 각각 하기 표 4의 비율로 투입하였으며, 공간속도를 변화시키면서 환원성 아민화 반응을 수행하였다. 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.0.1 g of the catalyst prepared in Example 4 (23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 ) was charged to a continuously operated fixed bed reactor. Hydrogen gas was introduced into the reactor and maintained at 600 ° C. for 3 hours to activate the catalyst. Then, the temperature inside the reactor was maintained at 210 ° C., and then, isopropyl alcohol, ammonia, and hydrogen were added as the amination reactants in the ratios of Table 4, respectively, and a reducing amination reaction was performed while changing the space velocity. The results are shown in Table 4 below.
속도
(h-1)space
speed
(h -1 )
(%)Conversion Rate
(%)
수율(%)MIPA
yield(%)
DIPA: 다이이소프로필아민 TEA: 트리에틸아민C 1 -3: a mixture of methane, ethane, propylene, propane MIPA: mono-isopropylamine
DIPA: diisopropylamine TEA: triethylamine
상기 표 4에 의하면, 본 발명의 촉매 존재하에서 환원성 아민화 반응을 수행한 경우 공간속도가 감소함에 따라 전환율, 모노이소프로필아민의 선택도 및 수율이 증가하였으나, 부생물의 발생량도 역시 증가하였다.
According to Table 4, when the reductive amination reaction was carried out in the presence of the catalyst of the present invention, the conversion rate, selectivity and yield of monoisopropylamine increased as the space velocity decreased, but the amount of by-products also increased.
실험예 5 : 반응온도에 따른 촉매의 환원성 아민화 반응활성 실험Experimental Example 5 Experiment of Reductive Amination Activity of Catalyst According to Reaction Temperature
상기 실시예 4에서 제조된 촉매 (23중량% Co3O4/γ-Al2O3) 0.1 g을 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부로 수소기체를 유입하면서 600℃에서 3시간 동안 유지시켜 촉매를 활성화 시켰다. 그리고 나서 반응기 내부온도를 하기 표 5와 같이 유지시킨 다음, 아민화 반응물로서 이소프로필알코올, 암모니아 및 수소를 각각 2.66, 15.99, 31.97 mL/min의 유속으로 투입하여 이소프로필알코올 : 암모니아의 부피비는 1 : 6, 이소프로필알코올 : 수소의 부피비는 1 : 12로 유지시켰으며, 공간속도는 4.29 h- 1 으로 유지시켰다. 반응온도 변화에 따른 환원성 아민화 반응의 결과는 하기 표 5에 나타내었다. 0.1 g of the catalyst prepared in Example 4 (23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 ) was charged to a continuously operated fixed bed reactor. Hydrogen gas was introduced into the reactor and maintained at 600 ° C. for 3 hours to activate the catalyst. Then, the internal temperature of the reactor was maintained as shown in Table 5, and then, as amination reaction, isopropyl alcohol, ammonia, and hydrogen were introduced at a flow rate of 2.66, 15.99, and 31.97 mL / min, respectively. : 6, isopropyl alcohol: the volume ratio of hydrogen was maintained at 1: 12, the space velocity was maintained at 4.29 h - 1 . The results of the reductive amination reaction according to the reaction temperature change are shown in Table 5 below.
(℃)Reaction temperature
(℃)
(%)Conversion Rate
(%)
수율(%)MIPA
yield(%)
DIPA: 다이이소프로필아민 TEA: 트리에틸아민C 1 -3: a mixture of methane, ethane, propylene, propane MIPA: mono-isopropylamine
DIPA: diisopropylamine TEA: triethylamine
상기 표 5에 의하면, 본 발명의 촉매 존재하에서 환원성 아민화 반응을 수행한 경우 반응온도가 증가함에 따라 전환율이 증가하는 추세를 보였고, 모노이소프로필아민의 선택도는 반응온도가 증가함에 따라 감소하였다. 반응온도에 따른 모노이소프로필아민의 수율은 190 ℃일 때 79.7 %로 가장 높게 나타났다.
According to Table 5, when the reductive amination reaction was carried out in the presence of the catalyst of the present invention, the conversion rate increased with increasing reaction temperature, and the selectivity of monoisopropylamine decreased with increasing reaction temperature. . The yield of monoisopropylamine according to the reaction temperature was highest as 79.7% at 190 ℃.
실험예 6 : 시간의 경과에 따른 촉매의 활성 감소 측정 실험Experimental Example 6 Experiment for Determining Activity Reduction of Catalyst Over Time
상기 실시예 4에서 제조된 촉매 (23중량% Co3O4/γ-Al2O3)와 비교예 1에서 제조된 촉매 (Co/γ-Al2O3) 각각 0.1 g을 연속 작동되는 고정층 반응기에 충진하였다. 반응기 내부로 수소기체를 유입하면서 600℃에서 3시간 동안 유지시켜 촉매를 활성화 시켰다. 그리고 나서 반응기 내부온도를 190℃로 유지시킨 다음, 아민화 반응물로서 이소프로필알코올, 암모니아 및 수소를 각각 2.66, 15.99, 31.97 mL/min의 유속으로 투입하여 이소프로필알코올 : 암모니아의 부피비는 1 : 6, 이소프로필알코올 : 수소의 부피비는 1 : 12로 유지시켰으며, 공간속도는 4.29 h- 1 으로 유지시켰다. 반응시간 변화에 따른 환원성 아민화 반응의 결과는 하기 표 6에 나타내었다. A fixed bed continuously operated with 0.1 g of the catalyst prepared in Example 4 (23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3 ) and the catalyst prepared in Comparative Example 1 (Co / γ-Al 2 O 3 ), respectively Charged into the reactor. Hydrogen gas was introduced into the reactor and maintained at 600 ° C. for 3 hours to activate the catalyst. Then, the temperature inside the reactor was maintained at 190 ° C., and then the isopropyl alcohol, ammonia, and hydrogen were introduced at a flow rate of 2.66, 15.99, 31.97 mL / min, respectively, and the volume ratio of isopropyl alcohol to ammonia was 1: 6. , Volume ratio of isopropyl alcohol: hydrogen was maintained at 1: 12, and the space velocity was maintained at 4.29 h - 1 . The results of the reductive amination reaction according to the reaction time change are shown in Table 6 below.
(h)Reaction time
(h)
(실시예 4)23 wt% Co 3 O 4 / γ-Al 2 O 3
(Example 4)
(비교예 1)23 wt% Co / γ-Al 2 O 3
(Comparative Example 1)
(%)Conversion Rate
(%)
선택도(%)MIPA
Selectivity (%)
수율(%)MIPA
yield(%)
(%)Conversion Rate
(%)
선택도(%)MIPA
Selectivity (%)
수율(%)MIPA
yield(%)
상기 표 6에 의하면, 본 발명의 Co3O4/알루미나 촉매는 60시간 이상 장시간 운전하더라도 촉매 비활성화 현상은 거의 나타나지 않았는데 반하여, 비교예 1의 Co/알루미나 촉매는 30 시간 이후에는 촉매 비활성화가 현상으로 모노이소프로필아민의 선택도 및 수율이 현격히 감소하였다. 따라서, 본 발명의 Co3O4/알루미나 촉매는 상압의 반응조건에서 장시간 촉매의 활성이 감소하지 않는 것으로 나타났다.According to the Table 6, the Co 3 O 4 / alumina catalyst of the present invention almost no catalyst deactivation phenomenon even if the operation for more than 60 hours, whereas the Co / alumina catalyst of Comparative Example 1 catalyst deactivation after 30 hours The selectivity and yield of monoisopropylamine was significantly reduced. Accordingly, the Co 3 O 4 / alumina catalyst of the present invention was found to not decrease the activity of the catalyst for a long time under the reaction conditions of normal pressure.
Claims (11)
Co 3 O 4 / Alumina used for the reaction of reductive amination of alcohol at 0.5 to 2.0 atmospheres catalyst.
The catalyst according to claim 1, wherein the supported amount of cobalt is in the range of 4 to 30% by weight based on the total weight of the catalyst.
상기 촉매 슬러리를 5℃ 내지 50 ℃의 온도 에서 건조시키는 과정; 및
상기 건조된 촉매슬러리를 공기 기류하에서 400 내지 600℃ 온도로 소성하여 Co3O4/알루미나 촉매를 제조하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올의 환원성 아민화 반응용 Co3O4/알루미나 촉매의 제조방법.
Preparing a catalyst slurry by mixing cobalt precursor aqueous solution and alumina;
Drying the catalyst slurry at a temperature of 5 ° C. to 50 ° C .; And
The dried catalyst slurry was calcined at 400 to 600 ° C. under an air stream to produce Co 3 O 4 / alumina. Preparing a catalyst;
Method for producing a Co 3 O 4 / alumina catalyst for reductive amination reaction of alcohol comprising a.
The method of claim 3, wherein the cobalt precursor is cobalt chloride, cobalt acetate, cobalt nitrate, or a mixture thereof.
The method of claim 3, wherein the catalyst slurry is dried at a temperature of 10 ° C. to 40 ° C. 5.
The method of claim 3, wherein the catalyst slurry is dried at a temperature of 20 ° C. to 28 ° C. 5.
알코올과 아민 화합물을 혼합하여 아민화 반응혼합물을 제조하는 단계;
수소기류 및 0.5 ~ 2.0 기압 조건에서 상기 아민화 반응혼합물을 상기 활성화된 촉매와 접촉시키면서 아민화 반응시키는 단계;
를 포함하는 알킬아민의 제조방법.
Contacting the catalyst of claim 1 to hydrogen gas to activate the catalyst;
Mixing an alcohol and an amine compound to prepare an amination reaction mixture;
Amination of the amination reaction mixture in contact with the activated catalyst at a hydrogen gas stream and 0.5 to 2.0 atmospheres of pressure;
Method for producing an alkylamine comprising a.
8. The method of claim 7, wherein the alcohol is isopropyl alcohol, the amine compound is ammonia, and the alkylamine is monoisopropylamine.
8. The method of claim 7, wherein the volume ratio of alcohol to hydrogen in the amination reaction is in the range of 1: 1 to 20.
The method for producing an alkylamine according to claim 7, wherein the volume ratio of the alcohol: amine compound in the amination reaction is 1: 1-15.
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