KR100305482B1 - Catalyst for Dehydrogenation with Macropores - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소수 5이하의 포화 탄화수소 기체의 탈수소반응에 사용되는 촉매의 활성, 선택도, 활성 안정성을 향상시킨 개선된 담체를 적용한 촉매에 관한 것으로, 기공크기가 1,OOOÅ이상, 10미크론 이하의 거대 기공을 최소 0.05cc/g이상 최대 0.5cc/g을 가지고 10∼500Å의 분포를 가진 미세기공이 최소 0.10cc/g이상 최대 0.9cc/g이하를 가진 알루미나 담체를 적용하여 활성 성분으로 백금(Pt)을 최종 촉매의 원소중량으로 0.05∼2.0중량%, 주석(Sn)을 최종 촉매의 원소 중량으로 0.05∼1,0중량%, 알칼리 1족 성분이 원소 중량으로 0.05∼3.0중량%, 염소 함량이 0.05∼2.0중량%를 가지는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의해 구성된 촉매는 올레핀 수율증대를 위해 반응 조건을 가혹하게 가져갈수록 성능 개선 효과가 크며, 반응과 재생의 반복에 의한 성능감소가 적으며, 강한 물리적 안정성을 가진다.The present invention relates to a catalyst to which an improved carrier which improves the activity, selectivity, and activity stability of a catalyst used for dehydrogenation of a saturated hydrocarbon gas having 5 or less carbon atoms has a pore size of 1, OOo, or more and 10 micron or less. Platinum is used as an active ingredient by applying an alumina carrier having a macropore of at least 0.05cc / g and a maximum of 0.5cc / g and a micropore having a distribution of 10 to 500Å at least 0.10cc / g and at most 0.9cc / g. Pt) is 0.05-2.0% by weight of the final catalyst, tin (Sn) is 0.05-1,0% by weight of the final catalyst, 0.05-3.0% by weight of the alkali group 1 component, chlorine content It is characterized by having a 0.05 to 2.0% by weight, the catalyst formed according to the present invention the greater the performance improvement effect the harsher the reaction conditions for increasing the olefin yield, the less the performance decrease by the repetition of the reaction and regeneration Strong water Physical stability.

Description

거대기공을 가진 탈수소 반응용 촉매Catalyst for Dehydrogenation with Macropores

본 발명은 탄소수 5이하의 포화 탄화수소 기체의 탈수소반응에 사용되는 촉매의 활성, 선택도, 활성 안정성을 향상시킨 개선된 담체를 적용한 촉매에 관한 것이다,The present invention relates to a catalyst to which an improved carrier which improves the activity, selectivity, and activity stability of a catalyst used for dehydrogenation of a saturated hydrocarbon gas having 5 or less carbon atoms is applied.

상세하게는 본 발명은 탄화수소의 탈수소반응, 특히 탄소수 5이하의 사슬을 가진 포화탄화수소를 동일 구조의 올레핀으로 전환하는 촉매의 성능개선에 관한 것이다.Specifically, the present invention relates to the performance improvement of catalysts for the dehydrogenation of hydrocarbons, in particular for the conversion of saturated hydrocarbons having chains of 5 or less carbon atoms to olefins of the same structure.

주로 기상반응에 사용되는 형태를 가지고 고온, 낮은 수소/탄화수소 비율, 스팀의 첨가 등 혼합 분위기의 가혹한 조건에서 전환 활성을 높이고, 장시간의 반응 혹은 연속사용을 위한 재생에서도 사용안정성을 가지도록 1,000 Å이상의 거대기공을 가진 담체를 적용한 복합금속담지촉매와 이의 제조에 관한 것이다.It is mainly used for gas phase reactions, and has high conversion, high conversion rate, low hydrogen / hydrocarbon ratio, steam addition, and so on. The present invention relates to a composite metal supported catalyst applying a carrier having macropores and to a preparation thereof.

종래의 공지된 촉매로는 알루미나(Al203)를 담체로 하여 백금(Pt)과 주석(Sn)을 담지한 촉매와 크로미나(Cr203)를 주성분으로 한 촉매가 개발되어 탄화수소의 전환반응, 예를 들면 정제유의 개질반응 및 탈수소반웅에 상업적으로 사용되어 왔다.(미합중국 특허 제 3,779,947호)Conventionally known catalysts have been developed using alumina (Al 2 O 3 ) as a carrier and supporting catalysts containing platinum (Pt) and tin (Sn) and catalysts based on chroma (Cr 2 0 3 ) to form hydrocarbons. It has been used commercially in conversion reactions such as reforming of refined oils and in dehydrogenation reactions (US Pat. No. 3,779,947).

이러한 촉매는 비교적 저온인 500℃이하에서 열역학적으로 반응이 용이한 다사슬상의 탄화수소 즉 탄소수 5이상, 주로 탄소수 6이상의 탈수소 반응, 탈수소 고리화 반응, 이성화 반응, 방향족화 반응, 수소 첨가 크래킹 등의 반응에 적용되어 왔다.These catalysts are reactions such as dehydrogenation, dehydrogenation reaction, isomerization reaction, aromatization reaction, hydrogenated cracking, etc., which are thermodynamically easy to react at a low temperature of 500 ° C. Has been applied.

탄소수 4이하의 탄화수소는 탈수소 반응이 매우 어려워, 가혹한 반응조건과 이 조건에서 효율적으로 작용하는 촉매물성의 개량이 요구되어 알칼리 금속 성분을 변경 혹은 추가하거나(미합중국 특허 제 4,886,928호), 활성성분 원소의 분산 및 분포 특성을 조절한 촉매(미합중국 특허 제 5,012,027호) 등이 개발되었다.Hydrocarbons with 4 or less carbon atoms are very difficult to dehydrogenate, requiring severe reaction conditions and the improvement of catalytic properties that work efficiently under these conditions, altering or adding alkali metal components (US Pat. No. 4,886,928), Catalysts (US Pat. No. 5,012,027) with controlled dispersion and distribution characteristics have been developed.

반응을 효율적으로 증가시키기 위해 탈수소 반응에 효과적인 알루미나 담체의 구조 물성을 변화시켜 탈수소 성능을 개선(미합중국 특허 제 4,672,146호)코져한 기술이 제안되기도 하였다.In order to increase the reaction efficiently, a technique for improving the dehydrogenation performance by changing the structural properties of the alumina carrier effective for the dehydrogenation reaction (US Pat. No. 4,672,146) has been proposed.

감마형 결정구조를 가진 알루미나를 900∼1050℃의 고온에서 소성 변성시켜 표면적은 작지만 미세기공이 확대된 세타형 결정구조 알루미나를 적용하고, 공지되어 있는 킬레이팅 약제를 사용하여 산성 금속 화합물과 염기성 금속 화합물의 복합 성분을 공침에 의해 효율적으로 담지시킨 개선된 촉매 제조에 대한 기술(미합중국 특허 제 5,482,910호)이 제안되기도 하였다.Alumina having a gamma-type crystal structure is plastically modified at a high temperature of 900 to 1050 ° C. to apply a theta-type crystal structure alumina having a small surface area but enlarged micropores, and an acidic metal compound and a basic metal using known chelating agents. Techniques for improved catalyst preparation (US Pat. No. 5,482,910) have been proposed in which complex components of a compound are effectively supported by coprecipitation.

저분자량 탄화수소의 탈수소화 촉매의 기본적 방향은 담체로 질소흡착 비표면적이 150㎡/g 이상으로 유효담지면적이 넓고, 99.9% 이상의 고순도를 가진 감마(γ)결정형 알루미나(Al203)를 사용하고, 유효한 금속 성분들의 담지를 통해 탈수소 성능을 개선코져 하였다.The basic direction of the dehydrogenation catalyst for low molecular weight hydrocarbons is a carrier with a specific surface area of more than 150 m2 / g with nitrogen adsorption, and a gamma (γ) crystalline alumina (Al 2 0 3 ) with a high purity of 99.9% or more. The dehydrogenation performance was improved by supporting effective metal components.

유효한 금속성분으로는 주기율표상의 성분 중에서도 백금(Pt)을 주요금속으로 사용하고 제한적으로 주기율표상의 4B족 성분들, 특히 주석 (Sn)과 납(Pb), 알칼리 성분들, 특히 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li) 등의 복합 금속 성분들과 염소, 인, 불소 등의 성분들의 조합이 적용됨이 이미 잘 알려진 공지의 사항이다.Effective metals include platinum (Pt) as the main metal among the components on the periodic table, and are limited to Group 4B components on the periodic table, especially tin (Sn), lead (Pb), alkalis, especially potassium (K) and sodium. It is well known that a combination of complex metal components such as (Na) and lithium (Li) and components such as chlorine, phosphorus and fluorine is applied.

한편 표면적은 작으나, 담체 자체의 산성도(Acidity)를 낮추어, 알칼리 함유량을 최소화하거나, 질소 흡착법(N2 BET)에 의해 측정되어지는 담체의 미세 기공을 확대하거나 미세 기공 부피를 증가시킨 개선된 담체를 적용시키기도 하여 왔다.On the other hand, although the surface area is small, it is possible to reduce the acidity of the carrier itself to minimize the alkali content, or to improve the fine pores of the carrier as measured by nitrogen adsorption method (N2 BET) or to apply the improved carrier to increase the fine pore volume. It has been made.

고표면적의 알루미나는 열적 안정성을 가지고, 활성 보조역할 외에도 활성성분 담지의 용이성, 구조 특성의 조절 용이성 등으로 상당히 우수한 담체 물질임이 실험적으로나, 상업적으로나 유용하게 증명되어 왔다.Alumina with high surface area has been proved experimentally, commercially and usefully that it has a thermal stability and is a considerably superior carrier material due to the ease of carrying active ingredients, ease of control of structural properties, etc. in addition to an active auxiliary role.

그러나 상대적으로 저온 혹은 탄소수 5 이상의 탄화수소의 탈수소 반응 및 탈수소 고리화 반응에서는 담체로서는 효과적이나, 이보다 100∼400℃이상 높은 온도인 550∼900℃에서 이루어지는 탄소수 5이하의 저분자량 탄화수소의 탈수소 반응에서는 극심한 코킹으로 인한 촉매의 비활성화의 가속화, 장기간 사용할 때의 구조물성의 변화 및 유효 활성성분 면적의 축소와 이로 인한 촉매 성능의 저하 및 수명의 단축 등의 문제가 있다.However, it is relatively effective in the dehydrogenation and dehydrogenation of hydrocarbons having low temperature or 5 or more carbon atoms, but extremely deficient in the dehydrogenation of low molecular weight hydrocarbons having 5 or less carbon atoms at 550 to 900 ° C, which is 100 to 400 ° C or higher. Accelerating deactivation of the catalyst due to caulking, structural changes in long-term use, and reduction of the active active ingredient area, resulting in deterioration of catalyst performance and shortening of life.

상업적으로 널리 이용되는 감마(γ) 결정형 알루미나는 강한 산성점을 가지고 있어 부반응이 발생되기 쉽다. 강한 산점은 탄화수소의 크래킹을 유발하여 탈수소반응의 올레핀 선택성을 저하시키거나 반응시 탄화수소의 침적(코킹)을 증가시켜 원료인 탄화수소 성분의 손실과 올레핀 수율 저하를 발생시킨다.Commercially widely used gamma (γ) crystalline alumina has a strong acidic point and is likely to cause side reactions. The strong acid point causes cracking of the hydrocarbons, thereby lowering the olefin selectivity of the dehydrogenation reaction or increasing the deposition (coking) of the hydrocarbons during the reaction, leading to loss of raw hydrocarbon components and lowering of olefin yield.

산성 조절과 표면적 축소를 막기 위해 염기성인 알칼리 금속을 알루미나에 담지하여 성능을 개선시킨 촉매 기술(미합중국 특허 제 4,677,237호) 등도 제시된 바 있다.A catalyst technique (US Pat. No. 4,677,237), which improves performance by supporting basic alkali metals in alumina to prevent acid control and reduction of surface area, has also been proposed.

그러나 고온을 필요로 하는 반응 조건을 포함한 기본적인 운전조건, 예를 들면 코킹을 억제하는 수소 혼합비의 변화, 스팀 혹은 수소와 스팀 혹은 일산화탄소 및 이산화탄소 등에 쉽게 작용하여 의도된 촉매 성능의 유지가 어렵거나 촉매성분 자체의 안정성이 부족해질 수 있다However, it is difficult to maintain the intended catalytic performance due to the easy operation of basic operating conditions including reaction conditions requiring high temperature, such as changing the mixing ratio of hydrogen to suppress coking, steam, or hydrogen and steam or carbon monoxide and carbon dioxide. It may lack its own stability

반응이 이루어지는 온도가 올라갈수록 산점조절로 사용되는 알칼리 메탈의 손실 등이 용이하게 일어날 수 있으며 이는 탈수소반응 성능의 저화와 연결된다.As the reaction temperature increases, the loss of alkali metal used for acid point control may easily occur, which leads to a decrease in dehydrogenation performance.

감마(γ) 결정형 알루미나를 담체로 사용한 촉매의 경우, 유입 기체압의 변화, 촉매의 이동 혹은 교체시에 물리적 강도와 관련하여 촉매 파쇄 및 마모 등으로 인한 촉매 손실의 문제가 일어날 수 있다.In the case of a catalyst using a gamma (γ) crystalline alumina as a carrier, there may be a problem of catalyst loss due to changes in inlet gas pressure, catalyst crushing and abrasion with respect to physical strength when the catalyst is moved or replaced.

반응조건, 특히 온도가 감마(γ) 결정형 알루미나의 소성 변이영역에 근접하거나, 반복적인 반응 사이클(반응 및 촉매 재생의 반복)에 알루미나의 표면적의 축소 등 구조적 특성의 변화가 크게 일어나며, 이는 탈수소 반응에 영향을 주어 궁극적으로는 촉매의 수명 저하와 직결된다.Reaction conditions, especially temperature close to the plastic transition region of gamma (γ) crystalline alumina, or structural changes such as reduction of the surface area of alumina occur in repeated reaction cycles (repetition of reaction and catalyst regeneration). And ultimately lead to lower catalyst life.

예를 들면 표면적의 감소는 미세하게 분산된 활성성분들끼리의 소결 및 응결을 유발하여 촉매 활성 작용 자체가 불가능하게 만들기도 한다. 이런 문제는 소성변이된 세타형(θ) 알루미나를 사용하여 효과적으로 줄일 수 있었다.For example, a reduction in surface area can lead to the sintering and condensation of finely dispersed active ingredients, making the catalytic active action itself impossible. This problem can be effectively reduced by using plastically modified theta (θ) alumina.

그러나 종래의 방법에 의해 촉매 자체의 본질적 활성의 극대화 및 안정성의 증진은 이루어졌으나, 실제 상업적 적용 공정에서 운전 조건에서의 일어날 수 있는 반응물 및 생성물의 확산 저항을 줄이는 데에는 한계가 있었다.However, while the maximization and stability of the intrinsic activity of the catalyst itself have been achieved by conventional methods, there have been limitations in reducing the diffusion resistance of reactants and products that may occur under operating conditions in actual commercial application processes.

특히, 탈수소화되어 반응기를 거쳐 생성되는 올레핀 수율이 증가하여 올레핀의 조성이 화학적 이론평형 조성에 근접하여 역반응도 증가하거나, 활성성분 혹은 활성점의 전환 성능은 매우 높아서 촉매 활성에 의해 전체적인 탈수소 성능이 조절되기 보다는 상대적으로 이를 지지하는 담체 특성에 의해 탈수소 성능이 제한될 수 있다.In particular, the yield of olefin which is dehydrogenated and produced through the reactor increases, so that the reaction of olefin is close to the chemical equilibrium composition, and the reverse reaction is increased, or the conversion performance of the active ingredient or active point is very high, and thus the overall dehydrogenation performance is increased by the catalytic activity. Rather than being controlled, dehydrogenation performance can be limited by the carrier properties that support it relatively.

즉, 활성점을 분포시키는 담체를 통한 반응물 혹은 반응 생성물의 물질 전달이 제한되기 쉬워 총괄적인 성능 저하가 일어난다. 이럴 경우에는 주로 사용하는 촉매 입자 크기를 줄이면 성능을 개선시킬 수 있으나, 반응물 흐름 속도의 변화와 촉매 충진 소요량의 증대, 압력손실 등의 여러 문제로 실제로는 반응 성능의 개선이 용이하지 않다.That is, mass transfer of the reactants or reaction products through the carrier that distributes the active site tends to be restricted, resulting in a general performance degradation. In this case, it is possible to improve the performance by reducing the catalyst particle size used mainly, but it is not easy to actually improve the reaction performance due to various problems such as changes in the reactant flow rate, increased catalyst filling requirements, and pressure loss.

한편, 고온에서 이루어지는 탈수소 반응중 발생되는 바람직하지 않은 코킹(탄소 침적)이 심한 경우, 활성점 자체를 탄소물질로 침적하여 활성을 저하시키기도 하지만 활성점까지의 전달 통로인 담체의 기공을 막으므로 미세하게 연결된 미세 기공속에 있는 활성점을 반응에 이용될 수 없게 하기도 한다.On the other hand, in the case of undesired coking (carbon deposition) generated during the dehydrogenation reaction at high temperature, the active site itself is deposited with a carbon material to decrease the activity, but it prevents the pores of the carrier, which is a delivery path to the active site, to fine. It is also possible to make the active site in the connected micropores unusable for the reaction.

또한, 탄소 침적물은 어느 정도의 반응사용 기간이 경과하면, 촉매 활성의 회복을 위해 탄소 침전물의 제거를 위해 재생과정을 거치게 되는데, 이때 치밀한 미세 기공구조를 적용한 경우, 산소와의 침투가 용이하지 않아 탄소성분의 연소제거가 효과적으로 이루어지지 않거나, 탄소침적물의 연소열에 의한 표면 구조의 변화, 예를 들면 표면적의 수축, 담체 성분의 소결에 의한 기공 막힘도 발생하여 촉매 활성의 저화를 심화시키기도 한다.In addition, the carbon deposit is subjected to a regeneration process to remove the carbon precipitate to recover the catalytic activity after a certain period of use of the reaction, when the fine pore structure is applied, it is not easy to penetrate the oxygen The combustion of carbon components is not effectively removed, or changes in the surface structure due to the heat of combustion of carbon deposits, for example, shrinkage of the surface area, and blockage of pores due to sintering of the carrier components, may further reduce the catalyst activity.

본 발명은 이러한 종래의 촉매상의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 거대기공을 가진 담체를 적용하여 개선된 탈수소화 반응 성능을 가진 촉매의 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a catalyst having improved dehydrogenation reaction performance by applying a carrier having macropores.

제1도 및 제2도는 각각 비교예 1, 실시예 2에 의해 제조된 촉매 입자의 단면 관찰사진.1 and 2 are cross-sectional photographs of catalyst particles prepared by Comparative Example 1 and Example 2, respectively.

본 발명의 촉매는 기공크기가 1,OOOÅ이상 10미크론 이하의 거대 기공을 최소 0.05cc/g이상 최대 0.5cc/g을 가지고, 10∼500Å의 분포를 가진 미세기공이 최소0.10cc/g이상 최대 0.9cc/g이하를 가진 알루미나 담체를 적용하며, 활성 성분으로 백금(Pt)을 최종 촉매의 원소중량으로 0.05∼2.0중량%, 주석(Sn)을 0.05∼1.0중량%, 알칼리 1족 성분이 0.05∼3.0 중량%, 염소 함량이 0.0∼2.0 중량%를 가지도록 구실 된다.The catalyst of the present invention has a micropore of at least 0.05cc / g and a maximum of 0.5cc / g with a pore size of at least 1, OOÅ or more and 10 microns or less, and a micropore having a distribution of 10 to 500Å is at least 0.10cc / g or more An alumina carrier having 0.9cc / g or less is applied, and as an active ingredient, platinum (Pt) is 0.05 to 2.0% by weight as elemental weight of the final catalyst, 0.05 to 1.0% by weight of tin (Sn) and 0.05% of alkali group 1 component. It is presumed to have a ˜3.0% by weight and a chlorine content of 0.0 to 2.0% by weight.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 종래 기술에 의해 잘 알려진 탈수소화 복합금속 활성성분과 알루미나 성분을 사용하나, 거대기공 구조를 가진 담체를 적용하여 탈수소 반응용 촉매를 제조하여 물질전달에 의해 활성 저하, 극심한 코킹에 의한 기공막힘, 활성 성분 끼리의 소결 등의 탈수소화 반응 조건과 관련한 문제를 자체적으로 방지하는 기능을 가지고 있고, 반응 후 촉매의 재생도 용이하고 안정적인 촉매 사용이 가능토록 하였다.The present invention uses a dehydrogenated composite metal active component and alumina component well known by the prior art, but by applying a carrier having a macroporous structure to prepare a catalyst for the dehydrogenation reaction, the activity is reduced by material transfer, pores by severe caulking It has a function to prevent problems related to dehydrogenation reaction conditions such as clogging and sintering of active ingredients, and it is possible to easily regenerate the catalyst after the reaction and to use a stable catalyst.

여기서 탄소수 5이하의 포화 탄화수소는 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄의 주요한 대상 반응물로 탈수소 반응에 의해 반응물로 사용된 포화 탄화수소에 상응하는 탄소 골격을 가진 올레핀 즉, 에틸렌, 프로필렌, 1-혹은 2-부틸렌, 이소부틸렌, 펜텐으로 전환된다.Saturated hydrocarbons of 5 or less carbon atoms are the main target reactants of ethane, propane, butane, isobutane and pentane, olefins with a carbon skeleton corresponding to the saturated hydrocarbons used as reactants by dehydrogenation, ie ethylene, propylene, 1-or Converted to 2-butylene, isobutylene, pentene.

상기 성분의 탈수소반웅은 열역학적으로 최대 올레핀 수율이 제한받는 평형반응이다. 반응의 특성상 흡열, 부피증가 반응이며 화학적 평형에 의해 최대 전환율이 제한받기 때문에 전환율을 높이려면 반응온도를 높이고, 반응압력을 가능한 낮게 유지해야 한다.Dehydrogenation of the components is an equilibrium reaction in which the maximum olefin yield is limited thermodynamically. Due to the nature of the reaction, endothermic and volume increase reactions, the maximum conversion is limited by chemical equilibrium, so to increase the conversion rate, the reaction temperature should be increased and the reaction pressure should be kept as low as possible.

본 발명의 촉매가 선호하는 반응 조건으로는, 탈수소 반응 온도는 400∼900℃로, 상세하게는 에탄 탈수소 반응의 경우 600∼900℃, 프로판의 경우 550∼700℃, 부탄의 경우 400∼650'C, 이소부탄의 경우 450∼650℃이며 펜탄은 200∼500℃, 반응 압력은 0.1∼10 절대기압이 선호된다.As the reaction conditions preferred by the catalyst of the present invention, the dehydrogenation reaction temperature is 400 to 900 ° C, specifically 600 to 900 ° C for ethane dehydrogenation, 550 to 700 ° C for propane and 400 to 650 'for butane. For C and isobutane, 450 to 650 ° C, pentane is preferred to 200 to 500 ° C, and the reaction pressure is preferably 0.1 to 10 atm.

반응을 지속적으로 혹은 효과적으로 유도하기 위해 포화 탄화수소 외에 투입되는 성분으로는 포화 탄화수소와 수소와의 혼합 혹은 상기 포화 탄화수소의 혼합성분들과 수소와의 혼합기체를 사용하거나, 수소 대신 혹은 함께 스팀 일산화탄소, 이산화탄소는 탈수소화시키고자 하는 탄화수소 유입 물 양의 0∼100 몰%수준이다.In order to continuously or effectively induce the reaction, components added in addition to the saturated hydrocarbons may be a mixture of saturated hydrocarbons and hydrogen or a mixture of the components of the saturated hydrocarbons with hydrogen, or steam or carbon monoxide instead of or together with hydrogen. Is from 0 to 100 mole percent of the amount of hydrocarbon influent to be dehydrogenated.

유입되는 포화탄화수소와 촉매와의 액체공간속도(Liquid Hourly Space Velocity)는 0.1∼30hr-1이며, 특히 0.1∼16 hr-1에서 본 발명에 의해 구성된 촉매의 사용에 의한 효용성이 높다. 공업적인 촉매 반응기 형태는 상업적으로 알려진 반응기 형태에 모두 적용 가능하나, 그 중 고정층 흑은 유동층 반응기가 바람직하다.A liquid space velocity of the saturated hydrocarbon and the catalyst flowing (Liquid Hourly Space Velocity) is 0.1~30hr -1, in particular high availability by use of the catalyst composed according to the invention in 0.1~16 hr -1. Industrial catalytic reactor types are applicable to all commercially known reactor types, of which fixed bed or fluidized bed reactors are preferred.

촉매는 탈수소 반응 속도를 증가시켜 열역학적인 굉형 도달율을 증대시키고, 구조적인 이성질체의 발생을 억제하고, 반응 조건에서 일어날 수 있는 탄화수소의 열분해를 억제하는 기능을 가져야 하며, 공업적 조건에서 지속적인 활성의 안정성을 보여야 한다.The catalyst should have the function of increasing the rate of dehydrogenation to increase the thermodynamic airfoil attainment rate, suppress the formation of structural isomers, and inhibit the thermal decomposition of hydrocarbons that can occur under the reaction conditions, and maintain stable activity under industrial conditions. Should show.

안정성은 사용시간의 경과에 따른 활성과 선택도의 변화율과 특정시간 경과 후, 다시 원상태로 촉매로 연속 사용 기간, 즉 촉매의 경제적 수명의 증대 효과를 가진다.Stability has the effect of increasing the rate of change of activity and selectivity over the use time and the period of continuous use as a catalyst after a specific time, i.e., increasing the economic life of the catalyst.

촉매의 안정성이 감소하는 요인으로는, 탄소 침적물의 발생 즉, 코킹에 의한 활성 표면에서의 반응물과의 접촉 효율의 감소와 반응 혹은 촉매 재생시 여러 가지 이유로 발생되는 활성 성분끼리의 소결로 활성 표면과 반응물과의 접촉면적의 감소, 공업적 조건에서의 촉매의 사용 조건의 변화에 주로 기인하며 때때로 촉매의 파쇄 등에 인한 반응물 중으로의 손실 및 촉매 성분의 부분 손실에 의해 발생하기도 한다.Factors that reduce the stability of the catalyst include the generation of carbon deposits, i.e., reduction of the contact efficiency with the reactants on the active surface by caulking and the sintering of the active components between the active components generated for various reasons during the reaction or catalyst regeneration. It is mainly due to the decrease of the contact area with the reactants, the change in the conditions of use of the catalyst under industrial conditions, and sometimes caused by the loss into the reactants due to the crushing of the catalyst and the partial loss of the catalyst component.

촉매의 탈수소 반응 성능을 높이기 위해서는 적절한 활성성분들의 선택과 촉매 자체의 물리적 안정성의 증진도 아주 중요하며, 또한 전체적인 활성을 증가시키면서 원하는 반응 생성물의 생성효율, 즉 선택도를 높이기 위해서 열분해 및 이성화 성실 등의 부반응을 줄일 수 있는 기능이 부과되어야 하고, 이러한 성능이 안정적으로 유지될 수 있도록 물리 화학적인 촉매의 제조 및 처리가 요구된다.In order to increase the dehydrogenation performance of the catalyst, selection of appropriate active ingredients and improvement of physical stability of the catalyst itself are also very important. Also, in order to increase the overall activity and to increase the production efficiency of the desired reaction product, that is, the selectivity of pyrolysis and isomerization, etc. The function to reduce side reactions of the polymers should be imposed, and the production and treatment of physicochemical catalysts are required to maintain this performance stably.

종래의 공개된 효과에 의하면 반응 수율은 비교 시험이 이루어진 조건에서의 이론 최대 수율(열역학적 수율)의 40%에서 90%까지 이르는 것으로 파악되어진다.According to the conventional published effect, the reaction yield is found to range from 40% to 90% of the theoretical maximum yield (thermodynamic yield) under the conditions under which the comparative test was made.

탄소수 5이하의 포화 탄화수소의 탈수소 반응은 촉매상에서 반응물인 포화탄화수소의 확산 및 반응이 매우 빠르게 진행되어 어느 정도 올레핀 수율 수준까지는 용이하게 진행된다.The dehydrogenation of saturated hydrocarbons of 5 or less carbon atoms is carried out very quickly by the diffusion and reaction of the saturated hydrocarbons, which are reactants, on the catalyst.

미시적 반응 특성으로서 주로 촉매 표면에서의 화학 반응이 상대적으로 느려, 촉매 표면 반응에 의해 반응 전체의 속도가 율속하는 것으로 알려져 있다. 이때의 확산속도란 탄화수소 반응물의 기체 흐름에서 촉매와 접촉할 때, 촉매 입자 내부에 미시적으로 존재하는 활성 성분들 혹은 함유 성분들의 구조, 전기 화학적 영향으로 형성되는 반응 활성점까지의 전달과 활성점에서의 표면 반응후, 반응 후 생성된 불포화 탄화수소, 즉 올레핀의 촉매 입자외로의 이동 속도를 모두 포함한다.It is known that the chemical reaction at the surface of the catalyst is relatively slow as the microscopic reaction characteristic, and the rate of the entire reaction is controlled by the catalyst surface reaction. In this case, the diffusion rate refers to the structure and the structure of active components or components contained microscopically in the catalyst particles when they come into contact with the catalyst in the gas flow of the hydrocarbon reactant, and to the reaction active sites formed by electrochemical effects. After the surface reaction of, all of the unsaturated hydrocarbons generated after the reaction, ie, the rate of migration of olefins out of the catalyst particles, are included.

그러나 반응에 의한 올레핀 수율이 어느 정도까지는 촉매 구성분의 변경 및 함유량을 달리하여 용이하게 얻을 수 있지만, 이론적인 한계 올레핀 수율인 열역학 평형 수율에 근접할수록 촉매에 의한 성능의 개선은 용이하지 알다.However, although the olefin yield by the reaction can be easily obtained by varying the catalyst composition and the content to some extent, it is understood that the closer the thermodynamic equilibrium yield, which is the theoretical limit olefin yield, the better the performance by the catalyst is.

특히, 올레핀 생성 수율을 높이기 위해 반응 온도를 고온으로 높이거나 수소 대비 탄화수소의 혼합몰비를 높일수록, 촉매표면 반응속도보다는 물질 전달속도 혹은 확산속도가 상대적으로 느려지는, 즉 확산저항에 반응계의 활성전체가 율속되는 것으로 해석될 수 있는 현상들이 관찰된다.In particular, as the reaction temperature is increased to a high temperature or the mixture molar ratio of hydrocarbon to hydrogen is increased to increase the yield of olefins, the mass transfer rate or diffusion rate is relatively slower than the reaction rate of the catalyst surface, that is, the active material of the reaction system in diffusion resistance. Phenomena that can be interpreted as being accelerated are observed.

반응을 전후한 촉매 내에서의 물질전달 혹은 확산 저항의 증대, 즉 유효 반응 체류시간의 증대는 반응하는 포화탄화수소의 촉매 활성 성분까지의 도달을 지연시켜 본질적 활성은 양호하나 전체적으로 반응속도를 외관적으로 떨어뜨리는 현상외에도, 반응 후 생성물의 촉매 입자내에로의 재흡착, 반응생성물끼리의 재반응, 골격 이성질체의 생성, 탄소 침적물로의 전화 등의 바람직하지 못한 부반응의 발생 가능성을 높인다.Increasing the mass transfer or diffusion resistance in the catalyst before and after the reaction, ie, the increase in the effective residence time of the reaction, delays the reaching of the catalytically active component of the reacted saturated hydrocarbons, resulting in good intrinsic activity but overall improvement in the reaction rate. In addition to the dropping phenomenon, it is possible to increase the likelihood of undesirable side reactions such as resorption of the product into the catalyst particles after the reaction, re-reaction of the reaction products, formation of skeletal isomers and conversion to carbon deposits.

또한 반응이 진행됨에 따라 촉매의 미세기공에 누적되는 탄소침적물은 반응 관련 물질들의 전달 및 이동통로로서의 기능을 감소시키므로 촉매의 활성, 선택도, 촉매안정성 등 촉매의 주요 기능이 저하를 가속화시킨다.In addition, as the reaction proceeds, carbon deposits accumulated in the micropores of the catalyst reduce the function of the transfer and transport passage of reaction-related materials, and thus the main functions of the catalyst, such as catalyst activity, selectivity, and catalyst stability, accelerate the degradation.

본 발명은 우수한 활성을 발현하는 성분을 가진 촉매 성분의 구성외에도, 전달 현상을 용이하게 하여 확산저항을 감소시키는 구조특성을 담체의 물리적 구조를 가지도록 하고 이러한 개선된 촉매 활성이 지속되도록 극대화된 거대 기공을 적용한다.In addition to the composition of the catalyst component having a component that exhibits excellent activity, the present invention has a structural structure that facilitates the transfer phenomenon and reduces the diffusion resistance to have a physical structure of the carrier and maximizes such that the improved catalytic activity is sustained. Apply pore.

좀더 상세하게는 확산 저항의 최소화, 즉 반응 전후의 물질 전달을 용이하게 위해 촉매의 거대 기공을 담체에 부여하였고, 미세 기공 및 기공량도 의도적으로 증가시켜 활성성분과 촉매내에서의 물질 전달거리를 최소화하도록 기공 및 표면구조를 조절하였다.More specifically, in order to minimize the diffusion resistance, that is, to facilitate mass transfer before and after the reaction, the large pores of the catalyst were imparted to the carrier, and the fine pores and the pore volume were intentionally increased to improve the mass transfer distance between the active ingredient and the catalyst. Pore and surface structure were adjusted to minimize.

본 발명의 거대기공은 일조의 미세기공까지의 물질 전달거리를 최소화시키거나, 확산저항을 최소화시키는 물질 전달통로(Mass Transfer Channel)로서의 기능을 가진다.The macropores of the present invention have a function as a mass transfer channel that minimizes the mass transfer distance to a set of micropores or minimizes the diffusion resistance.

미세 기공구조의 발현은 기공의 확대와 표면적의 감소는 촉매에 미세하게 담지된 활성 성분끼리 근접하게 되어, 오히려 활성 성분끼리의 소결이 진행되기 용이해질 수 있으나, 거대 기공에 의해 구조 물성의 변화는 없으므로 고온내성이 뛰어나게, 미세 분산성이 좋아져서 촉매 성능 안정성의 향상을 유도하였다.The expression of the fine pore structure is such that the enlargement of the pores and the reduction of the surface area are close to the active ingredients finely supported on the catalyst, and rather the sintering of the active ingredients can be facilitated, but the change in the structural properties due to the large pores Therefore, it has excellent high temperature resistance and fine dispersibility, leading to an improvement in catalyst performance stability.

본 발명에서 구분하는 미세기공은 500Å이하, 주로 200Å이하의 크기를 가진 질소 흡착법(N2 BET)에 의해 측정되어지는 것을 말하며, 본 발명에서 중요하게 보는 거대 기공은 기공크기가 1,000Å이상, 10미크론 이하로 전자현미경으로 100배이상의 확대비율에서 단면 혹은 표면에서 관찰될 수 있고 수은(Hg)기공 측정기로 최대 침투압력 15,000파운드(1b)이상 적용시 기공의 크기 분포 등이 정량화될 수 있다.The micropores to be classified in the present invention is measured by nitrogen adsorption method (N2 BET) having a size of 500Å or less, mainly 200Å or less, and the macropores which are important in the present invention have a pore size of 1,000Å or more and 10 micron. Below, it can be observed on the cross section or surface at an enlargement ratio of 100 times or more with an electron microscope, and the size distribution of pores can be quantified when the maximum penetration pressure of 15,000 pounds (1b) or more is applied with a mercury (Hg) porosimetry.

본 발명의 거대 기공은 통로 혹은 공극(Voidage)혹은 구멍(Hole 혹은 Cavity)등으로도 표현될 수 있다. 이 거대 기공은 질소 흡착법으로는 질소 기체가 거대 기공에서 응축이 잘 되지 않으므로 측정이 용이하지 않다.The large pores of the present invention may also be expressed as a passage or a void or a hole or cavity. The macropores are not easily measured by nitrogen adsorption because nitrogen gas does not condense in the macropores.

본 발명에서 중요하게 고려된 사항은 단위 촉매 중량에서 거대 기공의 크기 분포, 총 부피량, 이의 균일 분포와 거대 기공 구조속에 존재하는 미세 기공 크기 분포, 이의 총부피량이다.Important considerations in the present invention are the size distribution of total porosity, the total volume, the uniform distribution thereof, the micropore size distribution present in the large pore structure, and the total volume thereof in the unit catalyst weight.

본 발명에서 탄소수 5이하의 저분자량 탄화수소의 탈수소화에 유효하게 보는 범주는 최소 거대 기공 부피량이 최소 0.05cc/g이상 최대 0.5cc/g을 가지고 미세기공이 10∼500 Å의 분포를 가지며 최소 0.10cc/g이상 최대 0.9cc/g이하로 상호 연결된 구조이다. 이때 선호되는 촉매의 담체로는 미세 기공성이 좋은 알루미나로, 용이하게 이러한 구조를 가지도록 제조할 수 있다.In the present invention, a category that is considered effective for the dehydrogenation of low molecular weight hydrocarbons having 5 or less carbon atoms has a minimum pore volume of at least 0.05 cc / g and a maximum of 0.5 cc / g, and has a pore distribution of 10 to 500 kPa and a minimum of 0.10. It is interconnected structure of more than cc / g and up to 0.9cc / g. At this time, the carrier of the preferred catalyst is alumina having fine porosity, and can be easily prepared to have such a structure.

본 발명에서 선호되는 촉매는 형태를 가진 것으로, 이러한 거대 기공의 존재와 미세기공의 확대는 촉매강도가 불량해질 수 있다. 강도를 증진시키기 위해 거대 기공을 가진 담체를 제조할 때는 900∼1200℃에서 소성 변형을 하여 결정성을 부여한다. 본 발명에서 형성된 담체의 결정형은 세타 혹은 알파와 두 결정형(알파와 세타)이 공존하는 알루미나가 해당된다.Preferred catalysts in the present invention have a form, and the presence of such macropores and enlargement of micropores may result in poor catalyst strength. In order to increase the strength, when preparing a carrier having macropores, plastic deformation is performed at 900 to 1200 ° C to impart crystallinity. The crystalline form of the carrier formed in the present invention corresponds to alumina in which theta or alpha and two crystalline forms (alpha and theta) coexist.

본 발명에 의해 제조된 촉매는 탈수소 반응 조건이 가혹할수록, 종래의 방법에 의한 촉매보다 차별화되는 개선된 성능, 즉 높은 탄화수소 전환율 및 선택도와 성능 안정성 그리고 개선된 코킹에 대한 저항성과 코크 제거 용이성을 가졌다. 종래에 알려진 탄화수소 전환 반응에서는 이러한 거대 기공을 가진 담체의 활용에 의한 성능 개선에 대한 것은 당 분야에서 알려진 바는 없었다.The catalyst prepared by the present invention has improved performance which is more differentiated than the catalyst by the conventional method, that is, the harsher the dehydrogenation conditions, the higher the hydrocarbon conversion and selectivity and the performance stability, and the improved resistance to coking and the ease of coking removal. . In the known hydrocarbon conversion reaction, there is no knowledge in the art of improving the performance by utilizing a carrier having such a large pore.

본 발명에서 성능에 있어 유효성이 높은 촉매의 구조는 거대 기공 부피량이 0.05∼0.30cc/g과 미세 기공 부피량이 0.20-0.80로 기본적으로는 수십Å과 수십만 Å에서 확연한 두 개의 기공 분포를 가진 이중 모달 분포를 가진다. 이러한 거대 기공 담체의 적용은 촉매로 제조 후, 반응시에 탈수소 반응에서 개선된 활성과 재생 용이성을 보여 준다.The catalyst structure having high performance in the present invention has a large pore volume of 0.05 to 0.30 cc / g and a fine pore volume of 0.20-0.80, which is basically a double modal having two pore distributions that are apparent in tens of thousands and hundreds of thousands. Has a distribution. The application of such macroporous carriers shows improved activity and ease of regeneration in the dehydrogenation reaction at the time of reaction with the catalyst.

거대 기공에 의한 강도의 약화를 방지하기 위해 900∼1,200℃의 고온에서 1∼24시간 소성 변형을 하게 되면 입자 파쇄 강도 3.Okgf이상이 형성된다. 최종 촉매의 표면적은 질소 흡착 비표면적으로 150㎟/g 이하를 가진다. 표면적의 감소는 주요한 활성을 가진 백금의 미세분산도 필요하게 되지만, 유효한 백금의 총함유량을 낮출 수 있다.In order to prevent the weakening of the strength caused by the macropores, plastic deformation at 1 to 24 hours at a high temperature of 900 to 1,200 ° C. results in particle breaking strength of 3.Okgf or more. The surface area of the final catalyst has a nitrogen adsorption specific surface area of 150 mm 2 / g or less. Reducing the surface area also requires microdispersion of platinum with major activity, but can lower the total content of effective platinum.

본 발명 촉매에서 선호되는 알칼리 1족 성분은 칼륨(K)이다. 칼륨(K)을 가진 화합물로부터 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 최종 소성 처리를 통해 안정한 산화물을 형성하게 된다. 선호되는 칼륨(K)의 화합물은 수용액성 염으로 염화염과 질산염이다.The preferred alkali group 1 component in the catalyst of the invention is potassium (K). It can be prepared from a compound having potassium (K) by various methods, and the final calcining treatment forms a stable oxide. Preferred compounds of potassium (K) are aqueous salts, chlorides and nitrates.

주석은 고온의 산화분위기에서 알루미나로 전환 가능한 알루미늄 함유 성분과 혼합을 주석 함유 알루미나를 용이하게 제조할 수 있다. 주석 성분의 원료는 염화 주석 염으로 고체상의 SnCl2와 액상의 SnCl4가 선호된다.Tin can easily prepare tin-containing alumina by mixing with aluminum-containing components which can be converted to alumina in a high temperature oxidizing atmosphere. The raw material of the tin component is tin chloride salt, which is preferably SnCl 2 in the solid phase and SnCl 4 in the liquid phase.

본 발명의 적용된 거대기공 특성은 담체 물질의 제조과정에서 결정되는 데 상업적으로 구매하여 촉매로의 적용이 가능하다. 이러한 알루미나 담체는 다양한 유기 알루미늄 슬러리에서 성형 과정을 통해 얻어지는데, 본 발명에서 선호되는 담체는 탄소수 4에서 14이하의 유기 알루미늄이 선호된다.The applied macropore properties of the present invention are determined during the preparation of the carrier material, which can be purchased commercially and applied to the catalyst. Such alumina carriers are obtained through a molding process in various organoaluminum slurries. The preferred carrier in the present invention is organic aluminum having 4 to 14 carbon atoms or less.

얻어진 알루미나는 공업적 적용을 위해 적절한 강도와 기공 분포를 가질 수 있도록 열처리가 필요한데 본 발명에서는 산소 혹은 질소 기체 분위기에서 기체 공간속도(GHSV ; Gas Hourly Space Velocity) 300∼5,000hr-1로 900∼1,200hr-1까지 0.5∼20hr-1정도의 고온 소성 처리를 하여 본 발명에서 적용될 담체를 가공한다.The obtained alumina needs heat treatment to have a suitable strength and pore distribution for industrial applications. In the present invention, the gas hourly space velocity (GHSV) in the oxygen or nitrogen gas atmosphere is 300 to 5,000 hr −1 and 900 to 1,200. hr -1 to processes the substrate applicable in the present invention by a high temperature firing process 0.5~20hr -1 degree.

이 담체는 결정형을 가진 물질로 단위 담체 중량에서 거대 기공의 크기 분포, 총 부피량 이의 균일 분포와 거대 기공 구조속에 존재하는 미세 기공 크기 분포, 이의 총 부피량이 중요하다.This carrier is a crystalline material, and the size distribution of the large pore in the unit carrier weight, the uniform distribution of the total volume, the fine pore size distribution in the large pore structure, and the total volume thereof are important.

본 발명에서 탄소수 5이하의 저분자량 탄화 수소의 탈수소화에 유효하게 보는 범주는 최소 거대 기공 부피량이 최소 0.05cc/g이상 최대 0.5cc/g을 가지고 미세 기공이 10∼500Å의 분포를 가지며 최소 0.10cc/g이상 최대 0.9cc/g이하로 상호 연결된 구조이다.In the present invention, the category which is considered to be effective for the dehydrogenation of low molecular weight hydrocarbons having 5 or less carbon atoms has a minimum macropore volume of at least 0.05cc / g and a maximum of 0.5cc / g and a fine pore having a distribution of 10-500Å and at least 0.10 It is interconnected structure of more than cc / g and up to 0.9cc / g.

본 발명에서 적용된 담체의 결정형은 세타 혹은 알파와 두 결정형(알파와 세타)이 공존하는 알루미나가 해당된다.The crystalline form of the carrier applied in the present invention corresponds to alumina in which theta or alpha and two crystalline forms (alpha and theta) coexist.

본 발명에서 활성 성분은 전자적, 물리적, 화학적으로 포화 탄화수소의 탈수소 반응에 영향을 끼칠 수 있는 물질을 말하는데, 넓게는 담체 물질은 포함하여 최종적으로 금속 미세입자, 산화물, 염화물, 황화물, 하이드라이드 형태, 할로겐 염, 옥시 클로라이드, 담체물질 또는 다른 성분끼리의 화합상태 등으로 존재할 수 있다.In the present invention, the active ingredient refers to a material that can affect the dehydrogenation reaction of saturated hydrocarbons electronically, physically and chemically, and broadly includes a carrier material to finally form metal microparticles, oxides, chlorides, sulfides, hydrides, Halogen salts, oxychlorides, carrier materials or other components in combination.

본 발명에서의 백금 성분의 원료로는 염화 백금산, 암모늄 염화 백금염, 브로모 백금산, 백금 염화 수화물, 백금 카르보닐 염 혹은 산, 니트로화 백금 염 혹은 산 등이 가능한데 바람직하게는 염화 백금산(H2PtCl6)을 염산과 함께 공지된 함침방법(흡착법)에 의해 위에서 제조된 담체에 담지시키는 것이 좋다.As a starting material of the platinum component in the present invention is preferably acid (H 2 chloride are possible such as chloroplatinic acid, ammonium chloride, platinum salts, bromo-platinic acid, platinum chloride hydrate, platinum carbonyl compound or the acid, nitration platinum salt or acid PtCl 6 ) is preferably supported on the carrier prepared above by a known impregnation method (adsorption method) together with hydrochloric acid.

한편, 백금함유 용액의 함침은 담체 물질의 최종 제조 후에 수용액에 사용 담체 대비 약 1 중량%의 30%농도 염산을 적용하여, 상온에서 0.5∼4시간 교반 담지 처리 후, 80∼105℃에서 0.5-60시간 동안 담지 용액을 교반시킨다.On the other hand, the impregnation of the platinum-containing solution is applied to the aqueous solution after the final preparation of the carrier material 30% concentration hydrochloric acid of about 1% by weight compared to the carrier used, after 0.5 to 4 hours stirring supporting treatment at room temperature, 0.5- at 80-105 ℃ The supporting solution is stirred for 60 hours.

이후 건조과정 및 소성과정을 거치는데, 100∼700℃까지 0.5∼60시간 정도로 건조한 후, 500∼700℃에서 0.5∼20시간 등온에서 질소흐름 공간속도(GHSV; Gas Hourly Space Velocity) 100∼5,000hr-1로 하는 것이 백금 금속 미세입자의 고온에서의 응결을 방지와 과잉 잔류 염소의 제거하는데 유리하다고 판단된다.Thereafter, drying and firing processes are carried out, and dried at 100 to 700 ° C. for 0.5 to 60 hours, and then 500 to 700 ° C. for 0.5 to 20 hours at isothermal gas hourly space velocity (GHSV) at 100 to 5,000 hr. A value of −1 is considered to be advantageous for preventing the condensation at high temperatures of the platinum metal fine particles and for removing excess residual chlorine.

본 발명에서 유효한 효과를 얻기 위해서는 최종 촉매내의 잔류 염소의 양이 0.0∼2.0 중량%이어야 하며 바람직하게는 1.5 중량%이하이다. 촉매중의 염소는 백금 담지시외에 최종 촉매 제조 후, 염산 수용액을 기화시켜, 최종 촉매내의 염소함량을 0.0∼2.0 중량%로 조절할 수 있다.In order to obtain an effective effect in the present invention, the amount of residual chlorine in the final catalyst should be 0.0 to 2.0% by weight, preferably 1.5% by weight or less. The chlorine in the catalyst can be vaporized with an aqueous hydrochloric acid solution after preparation of the final catalyst in addition to the platinum support, to adjust the chlorine content in the final catalyst to 0.0 to 2.0% by weight.

본 발명의 촉매는 포화 탄화수소의 탈수소 반응에서 성능을 발현시키는데 적절한 환원조작을 할 수도 있는데, 이는 실제 공정에서 이루어지거나, 미리 환원 공정을 거쳐 사용될 수 있다. 본 과정의 촉매는 99.0%이상의 순도를 가진 수소를 1.0∼100 GHSV로 흘리며, 400∼600℃에서 0.1∼48시간 환원시켜면, 충분한 활성의 발현이 가능하다.The catalyst of the present invention may also be suitable for the reduction operation to express the performance in the dehydrogenation reaction of the saturated hydrocarbon, which may be used in the actual process, or may be used through a reduction process in advance. The catalyst of this process flows hydrogen having a purity of 99.0% or more to 1.0 to 100 GHSV, and when sufficient is reduced for 0.1 to 48 hours at 400 to 600 ° C, sufficient activity can be expressed.

한편, 본 발명의 촉매는 장기간의 사용을 위해서는 주기적인 탄소 침적물의 제거를 하거나 활성 개선을 위해 스팀을 사용하여 반응후의 비활성화된 촉매를 재생할 수도 있다.On the other hand, the catalyst of the present invention may regenerate the deactivated catalyst after the reaction by removing the periodic carbon deposits for long-term use or using steam to improve the activity.

탄소 침적물은 조절된 산소와 혼합한 질소 분위기에서 연소에 의해 제거시키기도 하고 스팀과 질소 및 공기의 조절 분위기에서 완만히 탄소 생성물을 기체화제거시킬 수도 있다. 코크 성분이 제거된 후에 동일한 활성을 유지하기 위해서는 유효 염소를 기상 흡착의 방법으로 보충하여 성능을 회복시킨다.Carbon deposits may be removed by combustion in a nitrogen atmosphere mixed with controlled oxygen, or may gently degass the carbon product in a controlled atmosphere of steam, nitrogen and air. In order to maintain the same activity after the coke component is removed, effective chlorine is supplemented by the vapor phase adsorption method to restore performance.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.Embodiments of the present invention are as follows.

[비교예 1]Comparative Example 1

본 발명에 의해 얻어지는 촉매의 장점을 확인하기 위해 상업용 담체를 사용하여 비교용 촉매를 제조하였다. 담체는 독일 연방 공화국의 콘데아에서 주문 제조되어 제공된 로트번호 1589 구형 감마 결정형 알루미나를 사용하였다. 촉매의 제조방법은 미합중국 특허 제 4,506,032호에 준하였다. 크기는 평균지름 1.65mm를 가지며 상세한 분석 특성은 표 1에 제시되어 있다.Comparative catalysts were prepared using commercial carriers to ascertain the advantages of the catalysts obtained by the present invention. The carrier used lot number 1589 spherical gamma crystalline alumina, which was custom made and supplied by Condea in the Federal Republic of Germany. The preparation of the catalyst was in accordance with US Pat. No. 4,506,032. The size has an average diameter of 1.65 mm and detailed analysis characteristics are shown in Table 1.

주석염화물(SnCl2) 1.68g을 물 398㎖에 녹인 후, 염산 8.5㎖를 첨가하여 주석 염화물을 완전히 녹였다. 이 용액에 알루미나 350g을 2시간 동안 담지하였다. 주석 성분이 담지된 알루미나를 건조 공기 흐름 공간속도(GHSV ; Gas Hourly Space Velocity) 100hr-1, 150℃의 완만한 조건에서 2시간 이상 건조하고, 건조공기 공간속도(GHSV ; Gas Hourly Space Velocity) 1000hr-1, 680℃에서 3시간의 소성과 정을 거쳐 제조하였다.1.68 g of tin chloride (SnCl 2 ) was dissolved in 398 ml of water, and then 8.5 ml of hydrochloric acid was added to completely dissolve the tin chloride. The solution was loaded with 350 g of alumina for 2 hours. Alumina loaded with tin is dried for 2 hours or more under gentle conditions of dry air flow velocity (GHSV; Gas Hourly Space Velocity) at 100hr -1 and 150 ° C, and 1000hr dry gas hourly space velocity (GHSV). -1 was prepared through a calcination process at 680 ° C. for 3 hours.

주석 함유 담체와 염화 백금산 수용액(백금농도 0.00587g Pt/㎖) 357㎖와 물 87㎖의 혼합 용액을 투입하여 백금 성분을 담지하였다. 이후 150℃, 건조공기에서 2시간 건조시킨 후, 600℃에서 2시간 소성시켰다.A platinum solution was supported by adding a mixture containing 357 ml of a tin-containing carrier, an aqueous platinum chloride solution (platinum concentration 0.00587 g Pt / ml) and 87 ml of water. Thereafter, the mixture was dried at 150 ° C. for 2 hours in dry air, and then calcined at 600 ° C. for 2 hours.

주석, 백금 성분 함유 담체물질 350g을 질산칼륨 9.05g을 녹인 수용액 404㎖에 담지한 후, 150℃ 건조공기에서 2시간 건조시킨 후 600℃에서 2시간 소성시켰따. 이 촉매를 A라고 지칭하였으며, 촉매 입자 전첼르 통해 모든 성분이 균일하게 담지되었으며, 백금 0.58중량%, 주석 0.3중량%, 칼륨 1.0중량%, 염소 0.78중량%를 함유하였다.The carrier material containing 350 g of tin and platinum components was immersed in 404 ml of an aqueous solution of 9.05 g of potassium nitrate, dried for 2 hours in 150 ° C. dry air, and calcined at 600 ° C. for 2 hours. This catalyst was referred to as A, and all the components were uniformly loaded through the catalyst particle whole cell and contained 0.58 wt% platinum, 0.3 wt% tin, 1.0 wt% potassium, and 0.78 wt% chlorine.

[실시예 1]Example 1

본 발명에 의해 거대 기공 담체를 적용하여 촉매를 제조하였다. 본 실시예의 방법은 본 발명을 위해 예시된 방법의 일부로서 본 발명의 촉매가 이 방법에 국한되지는 않는다. 알루미나는 독일 연방 공화국의 콘데아에서 주문 제조된 로트번호 TK 276구형 감마 알루미나를 사용하였다.According to the present invention, a catalyst was prepared by applying a macroporous carrier. The process of this example is part of the process illustrated for the invention and the catalyst of the invention is not limited to this process. The alumina used lot number TK 276 spherical gamma alumina which was custom-made in Condea of the Federal Republic of Germany.

이 알루미나의 크기는 평균지름 1.75mm를 가지며 상세한 분석 특성은 표 1에 제시되어 있다. 이 알루미나를 회전 소성로에서 건조공기 공간속도(GHSV ; Gas Hourly Space Velocity) 1,000hr-1에서 990℃까지 5시간 동안 승온시킨 후, 3시간 유지하여 열변형 처리를 하여 세타 결정형 담체를 제조하였다.The size of the alumina has an average diameter of 1.75 mm and detailed analysis characteristics are shown in Table 1. The alumina was heated in a rotary kiln for 5 hours from 1,000 hours −1 to 990 ° C. in a dry gas space velocity (GHSV), and then maintained for 3 hours to prepare a theta crystalline carrier.

[실시예 2]Example 2

실시예 1에서 얻어진 담체를 사용하여 촉매를 제조하였다. 주석 염화물(SnCl2) 1.28g을 물 398mℓ에 녹인 후, 염산 8.5mℓ를 첨가하여 주석 염화물을 완전히 녹였다. 이 용액에 실시예 1의 방법으로 제조된 담체 350g을 4시간 동안 담지하였다.The catalyst was prepared using the carrier obtained in Example 1. 1.28 g of tin chloride (SnCl 2 ) was dissolved in 398 mL of water, and then 8.5 mL of hydrochloric acid was added to completely dissolve the tin chloride. In this solution, 350 g of the carrier prepared by the method of Example 1 was supported for 4 hours.

주석 성분이 담지된 알루미나를 건조공기 흐름 공간속도(GHSV; Gas Hourly Space Velocity) 100hr-1, 150℃의 완만한 조건에서 2시간이상 건조하고, 건조공기 공간속도(GHSV ; Gas Hourly Space Velocity) 1,000hr-1에서 680℃에서 3시간의 소성과정을 거쳐 제조하였다.Alumina loaded with tin components is dried for 2 hours or more under gentle conditions of 100hr -1 , 150 ℃ for dry hourly air velocity (GHSV), and gas hourly space velocity (GHSV) 1,000 It was prepared through a calcination process of 3 hours at 680 ℃ at hr -1 .

주석함유 담체에 염화백금산 수용액(백금농도 0.00587g Pt/mℓ) 271mℓ과 물 172mℓ의 혼합 용액을 투입하여 백금성분을 담지하였다. 그후 150℃, 건조공기에서 2시간 건조시킨 후 600℃ 2시간 소성시켰다. 주석, 백금 함유 담체 물질 350g을 질산칼륨 9.05g을 녹인 수용액 404㎖에 담지한 후, 150℃ 건조공기에서 2시간 건조시킨 후 600℃에서 2시간 소성시켰다.A platinum component was supported on a tin-containing carrier by adding a mixed solution of 271 ml of aqueous platinum chloride solution (platinum concentration 0.00587 g Pt / ml) and 172 ml of water. Thereafter, the mixture was dried at 150 ° C. for 2 hours in dry air and then calcined at 600 ° C. for 2 hours. 350 g of tin and platinum-containing carrier materials were supported in 404 ml of an aqueous solution in which 9.05 g of potassium nitrate was dissolved, and then dried in 150 ° C. dry air for 2 hours and then calcined at 600 ° C. for 2 hours.

이촉매를 B라고 지칭하였으며 촉매 입자 전체를 통해 모든 성분이 균일하게 담지되었으며 백금 0.45중량%, 주석 0.22중량%, 칼륨 1.0중량%, 염소 0.70중량%를 함유하였다.This catalyst was referred to as B and all components were uniformly loaded throughout the catalyst particles and contained 0.45 wt% platinum, 0.22 wt% tin, 1.0 wt% potassium and 0.70 wt% chlorine.

[실시예 3]Example 3

본 실시예에서 종래의 방법에 의해 제조된 A와 본 발명에 의해 얻어진 촉매 B를 제조후 물성 분석을 하였다. 촉매의 미세 기공분석은 미국 마이크로메리틱스사 ASAP 2000기기에서 기공 부피, 평균 기공크기, 표면적을 질소흡착법에 의해 측정하였다.In this example, the physical properties of the A prepared by the conventional method and the catalyst B obtained by the present invention were analyzed. Micropore analysis of the catalyst was measured by the nitrogen adsorption method pore volume, average pore size, and surface area in the US Micromeritics ASAP 2000 instrument.

촉매의 거대 기공 형성여부 및 크기는 제조된 촉매 입자를 절단하여 절단면을 전자 주사현미경으로 확인하였으며 이는 제1도에 나타나 있다. 미크론 크기의 거대 기공의 형성이 확연히 나타나 있다.The macropore formation and size of the catalyst were confirmed by cutting the prepared catalyst particles with an electron scanning microscope, which is shown in FIG. The formation of micron-sized macropores is evident.

또한 거대 기공의 총부피량 및 분포를 미국 콴타크론 오토스켄 수은 기공측정기에 측정하였다. 거대기공량은 수은 기공측정기의 부피량에서 질소 흡착법에 의한 미세 기공량을 제외한 부피로 측정하였다.In addition, the total volume and distribution of macropores were measured on a Qantacron Autoscan Mercury Pore Meter. The macropore amount was measured by the volume of the mercury porosimetry, excluding the micropore amount by the nitrogen adsorption method.

[실시예 4]Example 4

본 실시예에서 종래의 방법에 의해 제조된 A와 본 발명에 의해 제조된 거대 기공을 가진 촉매 B의 탈수소 성능을 실험실 반응기를 이용하여 측정하였다. 본 발명의 사용 안정성에서 개선된 성능을 보이기 위해 촉매 B를 반응 후 탄소 침적물재생 과정을 거쳐서 성능 비교를 하였다.In this example, the dehydrogenation performance of A prepared by the conventional method and catalyst B having macropores prepared by the present invention was measured using a laboratory reactor. In order to show improved performance in the use stability of the present invention, catalyst B was subjected to a performance comparison through a carbon deposit regeneration process after the reaction.

촉매의 탈수소 성능 평가는 먼저 순수 기체 공간속도(GHSV; Gas Hourly Space Velocity) 200hr-1로 550℃에서 1시간 동안 촉매를 10cc로 충진시키고 환원시킨 후, 수소와 프로판의 혼합기체를 유입시켜 탈수소 반응실험을 실시하였다.The dehydrogenation performance of the catalyst was first charged and reduced by 10cc of the catalyst at 10 hours at 550 ° C. at 200hr -1 of gas hourly space velocity (GHSV), followed by reduction of hydrogen and propane. The experiment was conducted.

프로판의 액체공간속도(LHSV)는 5hr-1, 수소와 프로판의 혼합몰비는 1:1이며, 반응 압력은 절대 압력으로 1.5기압이며, 반응기 유입 혼합기체는 반응 구역전에 미리 550℃로 충분히 예열된 후 반응기로 유입되며, 반응 영역에서의 촉매 충진층의 온도는 635℃ 등온으로 유지되었다.The liquid space velocity (LHSV) of propane is 5hr -1 , the mixing molar ratio of hydrogen and propane is 1: 1, the reaction pressure is 1.5 atm absolute pressure, and the reactor inlet mixed gas is sufficiently preheated to 550 ° C before the reaction zone. After entering the reactor, the temperature of the catalyst packed bed in the reaction zone was maintained at 635 ℃ isothermal.

반응 전후의 기체 조성은 반응 장치와 연결된 기체 분석기에 의해 분석되어 프로판 전환율, 반응후 생성물중의 프로필렌 생성 선택도를 구하였다. 결과는 표 2에 제시되어 있다.The gas composition before and after the reaction was analyzed by a gas analyzer connected with the reaction apparatus to determine the propane conversion and selectivity for propylene production in the product after the reaction. The results are shown in Table 2.

반응시간 50시간 경과 후, 질소로 반응 기체를 배기시키며, 상온으로 떨어뜨린 후, 탄소침적율이 있는 촉매를 550℃에서 12시간 연소시켜 연소감량으로 촉매에 생성된 총 코크량을 비교하였다. 연소제거 용이성을 비교하기 위해 열중량 분석기를 사용하여 공기 분위기에서 상온에서 800℃까지 올리며, 탄소 침적물의 연소에 의한 무게감량 변화를 측정하였다.After 50 hours of reaction time, the reaction gas was evacuated with nitrogen, and dropped to room temperature. Then, the catalyst having a carbon deposition rate was burned at 550 ° C. for 12 hours to compare the total amount of coke generated in the catalyst with the loss of combustion. In order to compare the ease of combustion removal, the thermogravimetric analyzer was used to raise the temperature from room temperature to 800 ° C. in the air atmosphere, and the change in weight loss due to the combustion of carbon deposits was measured.

최종적으로 무게 변화가 거의 없는 온도를 최종 연소 온도로 보면 온도가 낮을수록 탄소침적물의 제거가 용이한 것으로 볼 수 있다. 결과는 표 3에 제시되어 있다.Finally, the lower the temperature, the less the change in weight is regarded as the final combustion temperature. The results are shown in Table 3.

반응실험 결과 거대기공을 가진 본 발명의 촉매가 전환율, 선택도 그리고 반응시간의 경과에 따른 촉매성능, 즉 전환율, 선택도에 있어서 매우 안정되고 우수한 성능을 보임을 알 수 있다. 탄소 침적물의 발생과 탄소침적물의 용이성 측면에서도 촉매 B가 매우 우수함을 확인할 수 있다. 반응과 탄소침적물 제거 과정을 반복한 결과를 보면 촉매 B가 종래의 촉매 A보다 안정성이 높음을 알 수 있다.As a result of the reaction test, it can be seen that the catalyst of the present invention having macropores shows very stable and excellent performance in the catalytic performance, that is, the conversion and selectivity according to the conversion, selectivity and reaction time. It can be seen that the catalyst B is excellent in terms of generation of carbon deposits and ease of carbon deposits. As a result of repeating the reaction and carbon deposit removal process, it can be seen that the catalyst B is more stable than the conventional catalyst A.

[표 1]TABLE 1

[표 2]TABLE 2

[표 3]TABLE 3

본 발명에 의해 구성된 촉매는 올레핀 수율증대를 위해 반응 조건을 가혹하게 가져갈수록 성능 개선 효과가 크며, 반웅과 재생의 반복에 의한 성능감소가 적으며, 강한 물리적 안정성을 가진다.The catalyst constituted by the present invention has a greater performance improvement effect as the reaction conditions are severely increased for increasing the yield of olefin, and the performance decreases due to repeated reaction and regeneration, and has a strong physical stability.

거대 기공을 가진 구조 특성으로 인해 코킹에 의한 비활성화가 거의 없고, 구조적 안정성이 높아 장기적 사용이 가능하며, 종래의 기술보다는 고가인 백금 함량을 낮출 수 있다.Due to the structural characteristics with large pores, there is little deactivation by caulking, high structural stability allows long-term use, and lower platinum content, which is more expensive than the prior art.

촉매의 연속 사용성의 평가시, 본 발명에서 사용되는 담체를 사용할 시 이러한 장기 사용 안정성 측면에서 개선된 효과를 보였다. 미시적으로 정확히 담지된 촉매 구성물간의 상호 작용기구에 대해 확인할 수 없지만 최소한 본 발명을 구성하는 담체의 사용에 의해 촉매의 연속사용 안정성은 훨씬 개선되므로 본 발명의 권리 주장의 한 범주로 본다.In evaluating the continuous usability of the catalyst, the use of the carrier used in the present invention showed an improved effect in terms of this long life stability. Although the mechanism of interaction between the microscopically and correctly supported catalyst components cannot be confirmed, at least by the use of a carrier constituting the present invention, the stability of continuous use of the catalyst is much improved, and thus it is considered as a category of the claims of the present invention.

Claims (4)

기공크기가 1,OOOÅ이상, 70미크론 이하의 거대 기공을 최소 0.05cc/g이상 최데 0.5cc/g을 가지고 10∼500Å의 분포를 가진 미세기공이 최소 0.10cc/g이상 최데 0.9cc/g이하를 가진 알루미나 담체를 적용하여 활성 성분으로 백금(Pt)을 최종 촉매의 원소중량으로 0.05∼2.0중량%, 주석(Sn)을 최종 촉매의 원소 중량으로 0.05∼1.0중량%, 알칼리 1족 성분이 원소 중량으로 0.05∼3.0중랑%, 염소 함량이 0.0∼2.0중량%를 가지는 것을 특징으로 하는 거대기공을 가진 탈수소 반응용 촉매.Micropores with pore sizes of more than 1, OOÅ and less than 70 microns have a minimum of 0.05cc / g and a maximum of 0.5cc / g, and a micropore with a distribution of 10 ~ 500 최소 at least 0.10cc / g and at most 0.9cc / g Platinum (Pt) is 0.05 to 2.0% by weight of the final catalyst, tin (Sn) is 0.05 to 1.0% by weight of the final catalyst, and the alkali group 1 component A catalyst for dehydrogenation with macropores, characterized in that it has 0.05 to 3.0 weight% by weight and chlorine content of 0.0 to 2.0 weight%. 제1항에 있어서, 알칼리 1족 원소가 칼륨(K)인 것을 특징으로 하는 거대기공을 가진 탈수소 반응용 촉매.The catalyst for dehydrogenation reaction according to claim 1, wherein the alkali group I element is potassium (K). 제1항에 있어서, 사용되는 담체 중 알루미나의 결정상태가 세타(θ) 혹은 알파(α)의 결정 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 거대기공을 가진 탈수소 반응용 촉매.2. The catalyst for dehydrogenation reaction according to claim 1, wherein the crystal state of alumina in the carrier used has a crystal structure of theta (theta) or alpha (α). 제1항의 촉매에 있어서 , 내부 표면 단면이 진자 주사 현미경 배율 1,000이상에서 구멍 혹은 기공의 존재 유무를 확인찰 수 있는 깃을 특징으로 하는 거대기공을 가진 탈수소 반응용 촉매.The catalyst for macrohydrogen dehydrogenation according to claim 1, characterized in that a feather whose inner surface cross section is capable of checking the presence or absence of pores or pores at a magnification of 1,000 or more by pendulum scanning microscope.
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