ES2957010A2 - Dehydrogenation catalyst with controlled carrier pores - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a dehydrogenation catalyst, and more particularly, to a dehydrogenation catalyst which is a spherical platinum-based catalyst containing tin and potassium components and used in a dehydrogenation catalyst reaction of light hydrocarbons, such as propane and butane, in the range of C3 to C5, wherein the catalyst carrier has a pore size and a surface area controlled by heat treatment, and platinum and tin alloy components exist in an egg-shell form only to a certain depth from the surface of the catalyst. In the catalyst according to the present invention, the catalyst carrier is a mixture of gamma alumina and theta alumina and has a pore volume of 0.5-0.65 cc/g, the platinum dispersibility of the catalyst is 30-50%, and the platinum average particle size is 3-5 nm.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Catalizador de deshidrogenación con poros portadores controlados Dehydrogenation catalyst with controlled carrier pores

Campo técnicoTechnical field

La presente divulgación se refiere a un catalizador de deshidrogenación y a un método de preparación del mismo. Más particularmente, la presente divulgación se refiere a un catalizador esférico a base de platino que incluye componentes de estaño y potasio usado para la reacción catalítica de deshidrogenación de hidrocarburos ligeros en el intervalo de C3 a C5, tales como propano, butano, y similares, en el que el portador del catalizador tiene un tamaño de poro y un área de superficie controlados por tratamiento térmico, y en el que los componentes de aleación de platino y estaño existen en forma de cáscara de huevo solo hasta una cierta profundidad desde la superficie del catalizador. En el catalizador según la presente divulgación, el portador del catalizador es una mezcla de alúmina gamma y alúmina theta y tiene un volumen de poro de 0,5 a 0,66 cc/g, la dispersabilidad de platino del catalizador es del 30 al 50 % y el tamaño de partícula promedio de platino es de 3 a 5 nm. The present disclosure relates to a dehydrogenation catalyst and a method of preparing the same. More particularly, the present disclosure relates to a spherical platinum-based catalyst including tin and potassium components used for the catalytic dehydrogenation reaction of light hydrocarbons in the range of C3 to C5, such as propane, butane, and the like, wherein the catalyst carrier has a pore size and surface area controlled by heat treatment, and wherein the platinum-tin alloy components exist in eggshell form only to a certain depth from the surface of the catalyst. In the catalyst according to the present disclosure, the catalyst carrier is a mixture of gamma alumina and theta alumina and has a pore volume of 0.5 to 0.66 cc/g, the platinum dispersibility of the catalyst is 30 to 50 % and the average particle size of platinum is 3 to 5 nm.

Antecedentes de la técnicaBackground of the technique

Las olefinas ligeras tienen una amplia gama de aplicaciones comerciales, incluyendo plásticos, caucho sintético, productos farmacéuticos y productos químicos, y pueden producirse mediante la siguiente reacción de deshidrogenación de hidrocarburos ligeros. Light olefins have a wide range of commercial applications, including plastics, synthetic rubber, pharmaceuticals and chemicals, and can be produced by the following light hydrocarbon dehydrogenation reaction.

Parafina (CnH2n+2) ←→ Olefina (CnH2n) Hidrógeno (H2) Paraffin (CnH2n+2) ←→ Olefin (CnH2n) Hydrogen (H2)

Los catalizadores que promueven reacciones de deshidrogenación de hidrocarburos ligeros son principalmente portadores esféricos, moldeados con microporos en materiales tales como alúmina, zeolitas, sílice y aluminatos metálicos de tipo espinela. Estos materiales son eficaces en cuanto a resistencia al coque y selectividad de producto, pero a medida que aumenta gradualmente la cantidad de coque acumulado en el catalizador a medida que avanza la reacción, los microporos quedan bloqueados por el coque resultante, y los metales activos dentro de los poros finalmente se vuelven inactivos e incapaces de participar en la reacción, de modo que se requiere una estructura de portador que pueda reducir las reacciones secundarias tales como el craqueo y la deposición de coque. Por lo tanto, es necesario que el interior del catalizador mantenga macroporos mientras se reducen los microporos, y desde este punto de vista, un portador de alúmina, en el que es relativamente fácil de controlar el tamaño de poro solo mediante tratamiento térmico, se aplica principalmente como portador de catalizador. Sin embargo, la alúmina gamma es vulnerable a la deposición de coque debido a su pequeño tamaño de poro, las reacciones secundarias avanzan debido a los sitios ácidos del portador, y la alúmina alfa puede ser selectiva, pero tiene la desventaja de reducir la tasa de conversión global porque la alúmina alfa dificulta la dispersabilidad del metal y provoca la aglomeración del metal. Catalysts that promote dehydrogenation reactions of light hydrocarbons are mainly spherical carriers, molded with micropores in materials such as alumina, zeolites, silica and spinel-type metal aluminates. These materials are effective in coke resistance and product selectivity, but as the amount of coke accumulated on the catalyst gradually increases as the reaction progresses, the micropores become blocked by the resulting coke, and the active metals within of the pores eventually become inactive and unable to participate in the reaction, so a carrier structure is required that can reduce secondary reactions such as cracking and coke deposition. Therefore, it is necessary for the interior of the catalyst to maintain macropores while reducing micropores, and from this point of view, an alumina carrier, in which it is relatively easy to control the pore size only by heat treatment, is applied. mainly as a catalyst carrier. However, gamma alumina is vulnerable to coke deposition due to its small pore size, side reactions progress due to the acidic sites of the carrier, and alpha alumina can be selective, but has the disadvantage of reducing the rate of overall conversion because alpha alumina hinders metal dispersibility and causes metal agglomeration.

DivulgaciónDivulgation

Problema técnicotechnical problem

Los inventores estudiaron portadores de catalizador de deshidrogenación y descubrieron que un portador de mezcla de alúmina alfa y alúmina theta puede inhibir reacciones secundarias eliminando sitios ácidos a través de tratamiento térmico de alta temperatura y tiene buena unión a metales, minimizando la aglomeración intermetálica, lo cual es ventajoso para minimizar la tasa de conversión y la selectividad. The inventors studied dehydrogenation catalyst carriers and found that a mixed carrier of alpha alumina and theta alumina can inhibit side reactions by eliminating acid sites through high temperature heat treatment and has good metal binding, minimizing intermetallic agglomeration, which It is advantageous to minimize conversion rate and selectivity.

Solución técnicaTechnical solution

Un objetivo de la presente divulgación es proporcionar un catalizador con durabilidad potenciada al suprimir el fenómeno de sinterización de platino que inevitablemente se produce en catalizadores usados para la deshidrogenación de hidrocarburos ligeros. El objetivo anterior se logra mediante un catalizador de deshidrogenación que incluye un portador de alúmina porosa tratado térmicamente para formar una mezcla de alúmina gamma y alúmina theta que tiene un tamaño de poro y un área de superficie adecuados, con componentes de aleación de platino y estaño presentes en forma de cáscara de huevo solo hasta una cierta profundidad desde la superficie del catalizador. Preferiblemente, pero no limitado a, el portador de catalizador es una mezcla de alúmina gamma y alúmina theta y tiene un volumen de poro de 0,5 a 0,66 cc/g, la dispersabilidad de platino del catalizador es del 30 % al 50 %, y el tamaño de partícula promedio del platino está en un intervalo de 3 a 5 nm. An objective of the present disclosure is to provide a catalyst with enhanced durability by suppressing the platinum sintering phenomenon that inevitably occurs in catalysts used for the dehydrogenation of light hydrocarbons. The above objective is achieved by a dehydrogenation catalyst that includes a porous alumina carrier heat treated to form a mixture of gamma alumina and theta alumina having a suitable pore size and surface area, with platinum and tin alloy components present in eggshell form only to a certain depth from the surface of the catalyst. Preferably, but not limited to, the catalyst carrier is a mixture of gamma alumina and theta alumina and has a pore volume of 0.5 to 0.66 cc/g, the platinum dispersibility of the catalyst is 30% to 50%. %, and the average particle size of platinum is in the range of 3 to 5 nm.

Efectos ventajososAdvantageous effects

El catalizador de deshidrogenación, según la presente divulgación, es una forma de cáscara de huevo de aleación de platino-estaño distribuida sobre un portador con tamaño de poro y área de superficie controlados, y la dispersión del metal activo se maximiza de modo que la tasa de conversión y la selectividad pueden mantenerse a un alto nivel incluso durante el funcionamiento a largo plazo en el proceso de deshidrogenación. The dehydrogenation catalyst, according to the present disclosure, is an eggshell form of platinum-tin alloy distributed over a carrier with controlled pore size and surface area, and the dispersion of the active metal is maximized so that the rate Conversion rate and selectivity can be maintained at a high level even during long-term operation in the dehydrogenation process.

Descripción de los dibujosDescription of the drawings

La figura 1 muestra el cambio en la tasa de conversión y la selectividad a lo largo del tiempo. Figure 1 shows the change in conversion rate and selectivity over time.

Modo para la invenciónMode for invention

El catalizador en forma de cáscara de huevo de metal activo, según la presente divulgación, es un portador de alúmina porosa. En particular, se aplica una mezcla de alúmina alfa y alúmina theta como portador, y se impregnan platino, estaño y potasio en el portador, pero la aleación de platino-estaño se distribuye en una estructura en forma de cáscara de huevo desde la superficie del portador hasta una cierta profundidad, y el potasio se distribuye uniformemente por todo el interior del portador. The active metal eggshell catalyst, according to the present disclosure, is a porous alumina carrier. In particular, a mixture of alpha alumina and theta alumina is applied as a carrier, and platinum, tin and potassium are impregnated into the carrier, but the platinum-tin alloy is distributed in an eggshell-shaped structure from the surface of the carrier to a certain depth, and the potassium is evenly distributed throughout the interior of the carrier.

Como se usa en el presente documento, el catalizador se refiere a un catalizador esférico en el que los ingredientes activos y/o los componentes metálicos auxiliares están soportados sobre un portador esférico. La presencia del ingrediente activo y/o el ingrediente activo y el metal auxiliar, estaño, en forma de cáscara de huevo es una forma en la que está presente un cierto espesor desde la superficie del catalizador hacia el centro del catalizador y forma un espesor directamente desde la superficie del catalizador. A este respecto, se distingue de la forma de anillo en la que estos componentes no están presentes en la superficie del catalizador. Aunque el principio activo se describe en el presente documento como paladio, y se ejemplifican estaño y potasio como metales auxiliares, pueden emplearse fácilmente en la presente divulgación otros componentes metálicos del mismo propósito y función tal como entienden los expertos en la técnica. El portador de catalizador como se implementa en el presente documento puede tener preferiblemente un volumen de poro de 0,5 a 0,65 cc/g, una dispersión de platino en el catalizador del 30 % al 50 % y un tamaño de partícula promedio de la aleación de platino-estaño de 3 nm a 5 nm, pero solo los ejemplos que tienen cifras representativas dentro de estas cifras se describen a modo de ejemplo. As used herein, catalyst refers to a spherical catalyst in which the active ingredients and/or auxiliary metal components are supported on a spherical carrier. The presence of the active ingredient and/or the active ingredient and the auxiliary metal, tin, in the form of an eggshell is a form in which a certain thickness is present from the surface of the catalyst towards the center of the catalyst and forms a thickness directly from the surface of the catalyst. In this respect, it is distinguished from the ring form in that these components are not present on the surface of the catalyst. Although the active ingredient is described herein as palladium, and tin and potassium are exemplified as auxiliary metals, other metallic components of the same purpose and function as understood by those skilled in the art can be readily employed in the present disclosure. The catalyst carrier as implemented herein may preferably have a pore volume of 0.5 to 0.65 cc/g, a dispersion of platinum in the catalyst of 30% to 50% and an average particle size of the platinum-tin alloy from 3 nm to 5 nm, but only examples that have representative figures within these figures are described by way of example.

El catalizador de platino en forma de cáscara de huevo que tiene una estructura única según la presente divulgación puede prepararse esquemáticamente a través de las siguientes etapas. The eggshell-shaped platinum catalyst having a unique structure according to the present disclosure can be prepared schematically through the following steps.

1) Preparación de una disolución mixta de platino-estaño: Disoluciones compuestas de platino y estaño provocan la precipitación de platino fácilmente en el aire debido a la alta capacidad de reducción del estaño. Por lo tanto, la selección del disolvente es importante en la preparación de una disolución compuesta y, por lo tanto, los presentes inventores prepararon una disolución precursora para mantener un estado estable a lo largo del tiempo usando un disolvente que no reduce el estaño. En primer lugar, en el proceso de mezclado de los precursores de platino y estaño, se añadieron al disolvente orgáni 1) Preparation of a mixed platinum-tin solution: Composite solutions of platinum and tin cause the precipitation of platinum easily in the air due to the high reducing capacity of tin. Therefore, the selection of solvent is important in the preparation of a compound solution and therefore the present inventors prepared a precursor solution to maintain a stable state over time using a solvent that does not reduce tin. Firstly, in the mixing process of the platinum and tin precursors, organic solvents were added to the solvent.

complejo de platino-estaño, y se añadió ácido clorhídrico para preparar una disolución en una atmósfera ácida. El disolvente orgánico para el fin anterior es uno o dos disolventes seleccionados de metanol, etanol, butanol, acetona, acetato de etilo, acetonitrilo, etilenglicol, trietilenglicol, glicol éter, glicerol, sorbitol, xilitol, dialquil éter y tetrahidrofurano y pueden usarse secuencialmente o como una disolución mixta. platinum-tin complex, and hydrochloric acid was added to prepare a solution in an acid atmosphere. The organic solvent for the above purpose is one or two solvents selected from methanol, ethanol, butanol, acetone, ethyl acetate, acetonitrile, ethylene glycol, triethylene glycol, glycol ether, glycerol, sorbitol, xylitol, dialkyl ether and tetrahydrofuran and can be used sequentially or as a mixed solution.

2) Impregnación uniforme de una disolución mixta de platino-estaño en un portador de alúmina porosa: Para controlar el tamaño de poro y el volumen de poro, se usa un portador de alúmina porosa cristalina alfa y theta tratado térmicamente a de 850 °C a 1100 °C en un horno de cocción. La disolución preparada de platino-estaño se impregna sobre el portador tratado térmicamente mediante un método de soporte por pulverización. La temperatura de tratamiento térmico está estrechamente relacionada con la fase cristalina y la estructura de poros del portador, y cuando la temperatura de tratamiento térmico es de 850 °C o menos, la fase cristalina de la alúmina está dominada por la fase gamma, y el tamaño de poro del portador es pequeño, de modo que puede reducirse la velocidad de difusión de los reactivos en el portador. Cuando la temperatura de tratamiento térmico es de 1100 °C o más, la fase cristalina de la alúmina está dominada por la fase alfa, y el tamaño de poro es favorable para la reacción, pero la dispersión de metales activos distribuidos en la fase de alúmina alfa se reduce durante el proceso de inmersión del metal activo, de modo que la temperatura de tratamiento térmico se establece en de 850 °C a 1100 °C para formar un estado mixto de alúmina alfa y theta. 2) Uniform impregnation of a mixed platinum-tin solution in a porous alumina carrier: To control the pore size and pore volume, an alpha and theta crystalline porous alumina carrier is used heat-treated at 850 °C to 1100 °C in a baking oven. The prepared platinum-tin solution is impregnated onto the heat-treated carrier by a spray support method. The heat treatment temperature is closely related to the crystalline phase and pore structure of the carrier, and when the heat treatment temperature is 850 °C or less, the crystalline phase of alumina is dominated by the gamma phase, and the The pore size of the carrier is small, so the rate of diffusion of reactants into the carrier can be reduced. When the heat treatment temperature is 1100 °C or more, the crystalline phase of alumina is dominated by the alpha phase, and the pore size is favorable for the reaction, but the dispersion of active metals distributed in the alumina phase alpha is reduced during the active metal immersion process, so the heat treatment temperature is set at 850°C to 1100°C to form a mixed state of alpha and theta alumina.

3) Fijar el metal en el portador: Después de la impregnación, después de secar en una secadora a de 100 °C a 150 °C o más durante 12 horas o más, el portador de alúmina porosa se calcina en una atmósfera de aire en el intervalo de 400 °C a 700 °C para fijar el metal en el portador. 3) Fix the metal on the carrier: After impregnation, after drying in a dryer at 100°C to 150°C or more for 12 hours or more, the porous alumina carrier is calcined in an air atmosphere in the range of 400°C to 700°C to fix the metal on the carrier.

4) Soporte y fijación de metal alcalino: Se soporta un metal alcalino para suprimir las reacciones secundarias provocadas por los sitios ácidos que quedan en el portador de alúmina porosa. El potasio se soporta en los poros dentro del portador mediante el método de soporte por pulverización, se seca en una secadora a de 100 °C a 150 °C durante 12 horas o más y se calcina en una atmósfera de aire a de 400 °C a 700 °C para fijar el potasio en el portador. 4) Alkali metal support and fixation: An alkali metal is supported to suppress side reactions caused by acid sites left on the porous alumina carrier. Potassium is supported in the pores within the carrier by the spray-support method, dried in a dryer at 100°C to 150°C for 12 hours or more, and calcined in an air atmosphere at 400°C. at 700 °C to fix potassium in the carrier.

5) Reducción: Después de fijar el metal alcalino, se realiza un proceso de reducción usando gas hidrógeno dentro del intervalo de 400 °C a 600 °C para obtener un catalizador final. En el proceso de reducción, cuando la temperatura es de 400 °C o menos, las especies oxidantes de metales pueden no estar completamente reducidas, y cuando la temperatura es superior a 600 °C, puede producirse aglomeración y sinterización de partículas metálicas, reduciendo de ese modo los sitios activos. 5) Reduction: After fixing the alkali metal, a reduction process is carried out using hydrogen gas within the range of 400°C to 600°C to obtain a final catalyst. In the reduction process, when the temperature is 400 °C or less, the oxidizing species of metals may not be completely reduced, and when the temperature is above 600 °C, agglomeration and sintering of metal particles may occur, thereby reducing that way the active sites.

Se realizó un experimento de adsorción de monóxido de carbono para confirmar el grado de dispersión del material activo metálico para el catalizador según la presente divulgación. En primer lugar, el catalizador se calienta hasta 400 °C con gas helio y luego se trata con oxígeno e hidrógeno para retirar la humedad del catalizador y reducir óxidos metálicos no reducidos. Posteriormente, después de enfriar hasta 50 °C, se inyecta gas monóxido de carbono al 7 % para analizar la cantidad de gas monóxido de carbono adsorbido en el metal precioso. Suponiendo que el monóxido de carbono y el platino se adsorben en una proporción de 1:1, finalmente se calculan la dispersabilidad y el tamaño de partícula del platino. Por otro lado, para evaluar el rendimiento de deshidrogenación, se diluyen con hidrógeno hidrocarburos que tienen de 2 a 5 átomos de carbono, preferiblemente de 3 a 4 átomos de carbono, incluyendo parafina, isoparafina y compuestos aromáticos de alquilo, y se someten a una reacción en fase gaseosa a de 500 °C a 680 °C, preferiblemente 570 °C, de 0 a 2 atmósferas, preferiblemente 1,5 atmósferas, y la velocidad espacial horaria del líquido (LHSV) del hidrocarburo de parafina es de 1-40 h-1, y la reacción de deshidrogenación se realiza como una reacción en fase gaseosa. A carbon monoxide adsorption experiment was performed to confirm the degree of dispersion of the metallic active material for the catalyst according to the present disclosure. The catalyst is first heated to 400°C with helium gas and then treated with oxygen and hydrogen to remove moisture from the catalyst and reduce unreduced metal oxides. Subsequently, after cooling to 50 °C, 7% carbon monoxide gas is injected to analyze the amount of carbon monoxide gas adsorbed on the precious metal. Assuming that carbon monoxide and platinum are adsorbed in a ratio of 1:1, the dispersibility and particle size of platinum are finally calculated. On the other hand, to evaluate the dehydrogenation performance, hydrocarbons having 2 to 5 carbon atoms, preferably 3 to 4 carbon atoms, including paraffin, isoparaffin and alkyl aromatics, are diluted with hydrogen, and subjected to a gas phase reaction at 500 °C to 680 °C, preferably 570 °C, 0 to 2 atmospheres, preferably 1.5 atmospheres, and the liquid hourly space velocity (LHSV) of paraffin hydrocarbon is 1-40 h-1, and the dehydrogenation reaction is carried out as a gas phase reaction.

Ejemplo 1 Example 1

Se usó un portador de alúmina de tipo perla mediante tratamiento térmico a 950 °C. Se usó cloruro de platino como precursor de platino y cloruro de estaño como precursor de estaño, y se mezcló cloruro de estaño al 0,2 % en peso del peso total del catalizador con ácido clorhídrico al 5 % de la disolución total. Posteriormente, se preparó la disolución de platinoestaño añadiendo 0,4 % en peso de cloruro de platino basado en el peso del catalizador y se disolvió en etanol en una cantidad correspondiente al volumen de poro total del portador. El portador de alúmina preparado se impregnó con la disolución de platino-estaño usando un método de soporte por pulverización. Después de secar el portador soportado con la disolución de mezcla de platino-estaño a 120 °C durante 12 horas, se fijó un metal activo a través de un proceso de tratamiento térmico a 550 °C durante 3 horas en una atmósfera de aire. A continuación, se soportó nitruro de potasio en los poros internos de alúmina que contenía platino y estaño mediante un método de soporte por pulverización al 0,8 % en peso del peso total del catalizador, y el portador de metal soportado se secó a 120 °C durante 12 horas y se trató térmicamente a 550 °C durante 3 horas para preparar el catalizador de metal soportado. El proceso de reducción catalítica se realizó de manera gradual elevando la temperatura hasta 550 °C en una atmósfera de aire y manteniéndola en una atmósfera de hidrógeno durante 1 hora para completar el catalizador. En el ejemplo 1, el catalizador se preparó mediante un método de coimpregnación de platino-estaño. A bead-type alumina carrier was used by heat treatment at 950 °C. Platinum chloride was used as a platinum precursor and tin chloride as a tin precursor, and tin chloride at 0.2 wt% of the total weight of the catalyst was mixed with hydrochloric acid at 5% of the total solution. Subsequently, the platinumtin solution was prepared by adding 0.4 wt % platinum chloride based on the weight of the catalyst and dissolved in ethanol in an amount corresponding to the total pore volume of the carrier. The prepared alumina carrier was impregnated with the platinum-tin solution using a spray support method. After drying the supported carrier with the platinum-tin mixture solution at 120 °C for 12 hours, an active metal was fixed through a heat treatment process at 550 °C for 3 hours in an air atmosphere. Potassium nitride was then supported in the internal pores of alumina containing platinum and tin by a spray support method at 0.8 wt% of the total weight of the catalyst, and the supported metal carrier was dried at 120° C for 12 hours and heat treated at 550 °C for 3 hours to prepare the supported metal catalyst. The catalytic reduction process was carried out gradually by raising the temperature to 550 °C in an air atmosphere and maintaining it in a hydrogen atmosphere for 1 hour to complete the catalyst. In Example 1, the catalyst was prepared by a platinum-tin co-impregnation method.

Ejemplo comparativo 1 Comparative example 1

A diferencia del ejemplo 1, el catalizador de comparación se preparó impregnando secuencialmente platino, estaño y potasio. Se usó la misma alúmina tratada térmicamente que en el ejemplo 1. Una disolución obtenida mezclando 0,4 % en peso de platino basado en el peso total del catalizador con 5 % en peso de ácido clorhídrico se diluyó en agua desionizada correspondiente al volumen de poros total del portador y se impregnó en el portador mediante un método de soporte por pulverización. Como en el ejemplo 1, el portador de platino soportado se sometió a secado y tratamiento térmico para fijar el metal activo. A continuación, una disolución que contenía el 0,2% en peso de estaño y la misma cantidad de ácido clorhídrico que en la etapa de entrada de platino, usando cloruro de estaño como precursor de estaño, se impregna entonces de la misma manera que en la etapa de entrada de platino, seguido de secado y tratamiento térmico. A continuación, se mezcla nitruro de potasio equivalente al 0,8 % en peso del peso total del catalizador y ácido nítrico equivalente al 1%de la disolución total y se diluye en agua desionizada, se impregna de la misma manera, se seca y se calcina. El proceso de reducción catalítica se realizó de manera gradual elevando la temperatura hasta 550 °C en una atmósfera de aire y manteniéndola en una atmósfera de hidrógeno durante 1 hora para preparar el catalizador. Unlike Example 1, the comparison catalyst was prepared by sequentially impregnating platinum, tin and potassium. The same heat-treated alumina was used as in Example 1. A solution obtained by mixing 0.4 wt% platinum based on the total weight of the catalyst with 5 wt% hydrochloric acid was diluted in deionized water corresponding to the pore volume. total of the carrier and was impregnated into the carrier by a spray support method. As in Example 1, the supported platinum carrier was subjected to drying and heat treatment to fix the active metal. Next, a solution containing 0.2% by weight of tin and the same amount of hydrochloric acid as in the platinum input stage, using tin chloride as tin precursor, is then impregnated in the same manner as in the platinum input stage, followed by drying and heat treatment. Next, potassium nitride equivalent to 0.8% by weight of the total weight of the catalyst and nitric acid equivalent to 1% of the total solution are mixed and diluted in deionized water, impregnated in the same way, dried and calcine. The catalytic reduction process was carried out gradually by raising the temperature to 550 °C in an air atmosphere and maintaining it in a hydrogen atmosphere for 1 hour to prepare the catalyst.

Ejemplo comparativo 2 Comparative example 2

Se preparó un catalizador de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se trató un portador de alúmina de tipo perla térmicamente a 850 °C y se usó. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a bead-type alumina carrier was thermally treated at 850°C and used.

Ejemplo comparativo 3 Comparative example 3

Se preparó un catalizador de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se trató un portador de alúmina de tipo perla térmicamente a 1050 °C. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a bead-type alumina carrier was thermally treated at 1050°C.

Ejemplo comparativo 4 Comparative example 4

Se preparó un catalizador de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se trató un portador de alúmina de tipo perla térmicamente a 1100 °C y se usó. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a bead-type alumina carrier was thermally treated at 1100°C and used.

Ejemplo experimental: Experimental example:

Se realizó una reacción de deshidrogenación de propano cargando el catalizador según los ejemplos y ejemplos comparativos en un reactor catalítico de lecho fijo. La proporción en volumen de hidrógeno y propano en la composición del gas de reacción en el reactor es de 0,61, y 95 ppm del gas total se compone de gas H2S para evitar la corrosión del reactor SUS. Después de elevar la temperatura hasta 607 °C en una atmósfera de hidrógeno a una velocidad de 6 °C por minuto, la reacción de deshidrogenación de propano avanza mientras se añaden propano e hidrógeno a la proporción constante anterior. La tasa de conversión y la selectividad se calculan analizando el gas producto usando cromatografía de gases. A propane dehydrogenation reaction was carried out by loading the catalyst according to the examples and comparative examples in a fixed bed catalytic reactor. The volume ratio of hydrogen and propane in the composition of the reaction gas in the reactor is 0.61, and 95 ppm of the total gas is composed of H2S gas to prevent corrosion of the SUS reactor. After raising the temperature to 607 °C in a hydrogen atmosphere at a rate of 6 °C per minute, the propane dehydrogenation reaction proceeds while adding propane and hydrogen at the above constant ratio. The conversion rate and selectivity are calculated by analyzing the product gas using gas chromatography.

La tabla 1 resume los resultados de la medición de la dispersión de platino y los resultados de la reacción de deshidrogenación de propano usando la adsorción de monóxido de carbono para los catalizadores según los ejemplos y ejemplos comparativos, y la tabla 2 resume los cambios en el área de superficie y la estructura de poros de los portadores tratados térmicamente. La figura 1 muestra el cambio en la tasa de conversión y la selectividad a lo largo del tiempo. Table 1 summarizes the measurement results of platinum dispersion and the results of the propane dehydrogenation reaction using carbon monoxide adsorption for the catalysts according to the examples and comparative examples, and Table 2 summarizes the changes in the surface area and pore structure of heat-treated carriers. Figure 1 shows the change in conversion rate and selectivity over time.

[Tabla 1] [Table 1]

[Tabla 2] [Table 2]

La tabla 1 de evaluación de dispersión muestra que el ejemplo 1, preparado usando una disolución mixta de platino-estaño, tenía una mayor dispersabilidad de platino en comparación con el ejemplo comparativo 1, preparado usando el método secuencial. Dispersion evaluation table 1 shows that example 1, prepared using a mixed platinum-tin solution, had higher platinum dispersibility compared to comparative example 1, prepared using the sequential method.

Evaluación del rendimiento del catalizador Catalyst performance evaluation

Los catalizadores de aleación con mayor dispersabilidad presentan mayores tasas de conversión inicial y selectividad, dando como resultado mayores rendimientos de propileno, y todos los catalizadores ensayados muestran una disminución en los rendimientos de propileno debido a la sinterización del platino y a la precipitación de carbono después de 10 horas de actividad. Sin embargo, para los catalizadores de aleación de platino-estaño con mayor dispersabilidad inicial, la tasa de reducción del rendimiento fue menor en comparación con los catalizadores de comparación preparados por impregnación secuencial. Alloy catalysts with higher dispersibility exhibit higher initial conversion rates and selectivity, resulting in higher propylene yields, and all catalysts tested show a decrease in propylene yields due to platinum sintering and carbon precipitation after 10 hours of activity. However, for the platinum-tin alloy catalysts with higher initial dispersibility, the yield reduction rate was lower compared to the comparison catalysts prepared by sequential impregnation.

Evaluación de la estructura del portador Carrier structure evaluation

Comparando la estructura del portador en función de la temperatura de calcinación del portador en la tabla 2, el ejemplo 2, que tiene la temperatura de calcinación más baja, tiene una alta tasa de conversión pero baja selectividad y una gran disminución en el rendimiento de propileno a lo largo del tiempo. Sin limitarse a la teoría, se predice que este fenómeno se debe al hecho de que, debido a la baja temperatura de calcinación, hay muchos sitios ácidos en el portador, e incluso aunque la dispersión de platino sea alta, los sitios ácidos aceleran la deposición de carbono, y el carbono depositado bloquea los sitios activos del platino, dando como resultado una menor durabilidad. Por otro lado, en el caso del ejemplo 4, donde la temperatura de calcinación del portador es la más alta a 1100 °C, la mayoría de los sitios ácidos en el portador se eliminan, pero el área de superficie se reduce debido al colapso de la estructura de poros del portador, de modo que la dispersión y el área activa del platino se reducen, de forma que se reducen tanto la actividad como la durabilidad. Comparing the carrier structure as a function of carrier calcination temperature in Table 2, Example 2, which has the lowest calcination temperature, has a high conversion rate but low selectivity and a large decrease in propylene yield. over time. Without being limited to theory, this phenomenon is predicted to be due to the fact that, due to the low calcination temperature, there are many acidic sites on the carrier, and even though the dispersion of platinum is high, the acidic sites accelerate the deposition. of carbon, and the deposited carbon blocks the active sites of platinum, resulting in reduced durability. On the other hand, in the case of example 4, where the calcination temperature of the carrier is the highest at 1100 °C, most of the acid sites on the carrier are removed, but the surface area is reduced due to the collapse of the pore structure of the carrier, so that the dispersion and active area of the platinum are reduced, so that both activity and durability are reduced.

Claims (3)

REIVINDICACIONES 1. Catalizador de deshidrogenación esférico usado en la reacción catalítica de deshidrogenación de hidrocarburos ligeros,1. Spherical dehydrogenation catalyst used in the catalytic dehydrogenation reaction of light hydrocarbons, en el que un portador está compuesto por una mezcla de alúmina gamma y alúmina theta, los componentes de aleación de platino y estaño están presentes en forma de cáscara de huevo, y el potasio está distribuido uniformemente.in which a carrier is composed of a mixture of gamma alumina and theta alumina, the alloy components of platinum and tin are present in the form of an eggshell, and potassium is evenly distributed. 2. Catalizador de deshidrogenación de la reivindicación 1, en el que el portador tiene un volumen de poro de 0,5 a 0,65 cc/g.2. Dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the carrier has a pore volume of 0.5 to 0.65 cc/g. 3. Catalizador de deshidrogenación de la reivindicación 1, en el que el platino tiene una dispersabilidad en el intervalo del 30 % al 50 %, y el tamaño de partícula promedio de la aleación de platino y estaño está en el intervalo de 3 a 5 nm.3. Dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the platinum has a dispersibility in the range of 30% to 50%, and the average particle size of the platinum-tin alloy is in the range of 3 to 5 nm .
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