KR101095697B1 - Copper Oxide Supported Catalyst for Hydrocarbon Steam Cracking, Method for Preparing the Same, and Method for Preparing Olefin by Using the Same - Google Patents

Copper Oxide Supported Catalyst for Hydrocarbon Steam Cracking, Method for Preparing the Same, and Method for Preparing Olefin by Using the Same Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합촉매의 표면에 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매, 그의 제조방법, 및 그를 이용한 올레핀의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 산화물 촉매와 실리콘 카바이드 담체가 혼합 소결된 복합촉매; 및 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물을 포함하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매를 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 고온에서 열적/기계적으로 안정성이 우수하고, 경질 올레핀의 수율을 크게 향상시키는 복합촉매에 구리산화물을 담지하여 높은 경질 올레핀의 수율은 그대로 유지하면서 코크의 침적을 획기적으로 감소시키는 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매와 이의 제조방법을 제공할 수 있으며, 또한 상기 촉매를 이용한 경질 올레핀의 제조 방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam in which copper oxide is supported on a surface of a composite catalyst, a method for preparing the same, and a method for preparing olefin using the same, the present invention comprising: a composite catalyst in which an oxide catalyst and a silicon carbide carrier are mixed and sintered; And it can provide a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam comprising a copper oxide supported on the surface of the complex catalyst. According to the present invention, copper which is excellent in thermal / mechanical stability at high temperature and supports copper oxide in a composite catalyst that greatly improves the yield of light olefins, significantly reduces coke deposition while maintaining the yield of high light olefins. An oxide-supported hydrocarbon steam pyrolysis catalyst and a method for preparing the same can be provided, and a method for producing light olefin using the catalyst can be provided.

탄화수소 수증기 열분해, 올레핀, 촉매, 구리산화물, 함침법, 딥 코팅(Dip coating), 안티-코킹(Anti-coking), 실리콘 카바이드 Hydrocarbon Steam Pyrolysis, Olefin, Catalyst, Copper Oxide, Impregnation, Dip Coating, Anti-Coking, Silicon Carbide

Description

구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매, 그의 제조방법, 및 그를 이용한 올레핀의 제조방법 {Copper Oxide Supported Catalyst for Hydrocarbon Steam Cracking, Method for Preparing the Same, and Method for Preparing Olefin by Using the Same}Copper Oxide Supported Catalyst for Hydrocarbon Steam Cracking, Method for Preparing the Same, and Method for Preparing Olefin by Using the Same}

본 발명은 탄화수소 수증기 열분해용 촉매, 그의 제조방법, 및 그를 이용한 올레핀의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복합촉매의 표면에 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매, 그의 제조방법, 및 그를 이용한 올레핀의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis, a method for preparing the same, and a method for preparing olefin using the same, and more particularly, a catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis on which copper oxide is supported on a surface of a composite catalyst, a method for preparing the same, and It is related with the manufacturing method of the used olefin.

석유화학 제품의 중요한 기초 원료인 에틸렌과 프로필렌은 주로 천연가스나 납사, 가스 오일 등과 같은 파라핀계 화합물을 주요성분으로 하는 탄화수소를 수증기의 존재 하에 800℃ 이상의 고온에서 열분해하여 제조한다.Ethylene and propylene, which are important raw materials for petrochemical products, are mainly produced by pyrolyzing hydrocarbons containing paraffinic compounds such as natural gas, naphtha and gas oil at high temperatures of 800 ° C or higher in the presence of water vapor.

탄화수소의 수증기 열분해 반응에서 에틸렌과 프로필렌의 수율을 높이기 위해서는 탄화수소의 전환율을 높이거나 올레핀의 선택도를 높여야 한다. 그러나 순수한 수증기 열분해 반응만으로 탄화수소의 전환율이나 올레핀의 선택도를 높이는 데는 한계가 있기 때문에 올레핀의 수율을 높일 수 있는 다양한 방법들이 제안되어 왔다.In order to increase the yield of ethylene and propylene in steam pyrolysis of hydrocarbons, the conversion of hydrocarbons or the selectivity of olefins should be increased. However, various methods have been proposed to increase the yield of olefins because there is a limit to increase the conversion of hydrocarbons or the selectivity of olefins by pure steam pyrolysis.

탄화수소의 수증기 열분해 반응에서 에틸렌 및 프로필렌의 수율을 향상시킬 수 있는 방법으로 촉매를 사용한 수증기 열분해 방법이 제안되었다. 미국특허 제3,644,557호는 마그네슘 산화물과 지르코늄 산화물로 구성된 촉매, 미국특허 제3,969,542호는 칼슘 알루미네이트를 기본 성분으로 하는 촉매, 미국특허 제4,111,793호는 지르코늄 산화물에 담지된 망간 산화물 촉매, 유럽공개특허공보 제0212320호는 마그네슘 산화물에 담지된 철 촉매, 미국특허 제5,600,051호는 바륨산화물, 알루미나, 및 실리카로 구성된 촉매를 사용하는 방법을 개시하였다. 또한, PCT특허 제2004/105939호는 칼륨 마그네슘 포스페이트, 실리카 및 알루미나로 구성된 촉매를 사용하는 방법을 개시하였다.A steam pyrolysis method using a catalyst has been proposed as a method for improving the yield of ethylene and propylene in steam pyrolysis of hydrocarbons. US Patent No. 3,644,557 is a catalyst composed of magnesium oxide and zirconium oxide, US Patent No. 3,969,542 is a catalyst based on calcium aluminate, US Patent No. 4,111,793 is a manganese oxide catalyst supported on zirconium oxide, European Patent Publication No. 0212320 discloses an iron catalyst supported on magnesium oxide, US Pat. No. 5,600,051 discloses a method using a catalyst consisting of barium oxide, alumina, and silica. In addition, PCT Patent 2004/105939 discloses a process using a catalyst consisting of potassium magnesium phosphate, silica and alumina.

그러나 이러한 촉매들을 사용하는 경우에는 탄화수소 수증기 열분해 반응에서 촉매물질이 열매체로 작용하여 올레핀의 수율을 향상시키는 것으로 알려져 있어, 비활성 담체를 사용하는 경우와 비교하여 올레핀의 수율 향상이 미미한 문제점이 있다.However, in the case of using such catalysts, it is known that the catalytic material acts as a heat medium in the hydrocarbon steam pyrolysis reaction to improve the yield of the olefin, and thus, the yield improvement of the olefin is insignificant compared with the case of using an inert carrier.

러시아특허 제1,011,236호는 알루미나 담체에 붕소 산화물로 수식된 칼륨 바나데이트 촉매를 개시하였다. 그러나 이러한 알칼리금속 산화물이나 칼륨 바나데이트 촉매를 사용하는 경우에는 촉매에 의한 올레핀의 수율 향상이 작을 뿐만 아니라 탄화수소 분해를 위한 고온에서는 필연적인 손실이 발생하게 된다. 즉, 상기 촉매는 촉매성분들이 낮은 녹는점으로 인하여 고온의 열분해 반응기 내부에서 액상으로 존재할 가능성이 있으며, 빠른 반응가스의 흐름으로 인하여 촉매성분들이 휘발되어 반응시간이 진행됨에 따라 촉매활성이 손실되는 문제점이 있다.Russian Patent No. 1,011,236 discloses a potassium vanadate catalyst modified with boron oxide on an alumina carrier. However, when the alkali metal oxide or potassium vanadate catalyst is used, not only the yield improvement of the olefin by the catalyst is small but also inevitably occurs at high temperature for hydrocarbon decomposition. That is, the catalyst may exist in the liquid phase inside the high temperature pyrolysis reactor due to the low melting point of the catalyst components, and the catalyst activity is lost due to the volatilization of the catalyst components due to the rapid reaction gas flow and the reaction time progresses. There is this.

미국특허 제7,026,263호는 몰리브덴 산화물, 알루미나, 실리카, 실리카라이트 및 지르코늄 산화물 등으로 구성된 하이브리드 촉매를 사용하는 방법을 개시하였다. 상기와 같은 촉매는 낮은 반응온도에서 반응이 진행될 수 있는 장점은 있지만, 한편으로 매우 낮은 탄화수소 유량에서 운전되기 때문에 현존하는 공정에 직접적으로 적용하기에는 어려움이 있다. 또한, 700 내지 800℃ 이상의 반응온도에서는 촉매의 열적 안정성이 크게 낮아지게 되어 촉매 활성이 손실되는 문제점이 있다.US Patent No. 7,026,263 discloses a method of using a hybrid catalyst composed of molybdenum oxide, alumina, silica, silicalite, zirconium oxide and the like. Such a catalyst has the advantage that the reaction can proceed at a low reaction temperature, but on the other hand it is difficult to apply directly to existing processes because it is operated at a very low hydrocarbon flow rate. In addition, the thermal stability of the catalyst is significantly lowered at the reaction temperature of 700 to 800 ℃ or more, there is a problem that the catalytic activity is lost.

본 발명은 탄화수소 수증기 열분해용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용하는 경질 올레핀의 제조방법에 관한 기존 특허로서 본 발명자들이 출원한 대한민국 특허출원 제10-2007-0050975 및 대한민국 공개특허 제10-2009-0050333에서 개시된 탄화수소 수증기 열분해용 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지하여 기존 촉매가 보이는 고온에서 우수한 열적/기계적 안정성, 높은 올레핀 수율 및 선택도를 유지하면서 촉매표면에 침적되는 코크를 현저히 감소시킴으로써 촉매 비활성화를 막고, 코크 침적에 따른 반응기 차압 상승을 줄여 운전기간을 늘림으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매, 그의 제조방법, 및 그를 이용한 올레핀의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam, a method for preparing the same, and a method for preparing light olefin using the same, and Korean Patent Application No. 10-2007-0050975 filed by the present inventors and Korean Patent Application Publication No. 10-2009-0050333 Supporting copper oxide on the surface of the hydrocarbon steam pyrolysis complex catalyst disclosed in, catalyst deactivation is significantly reduced by significantly reducing coke deposited on the catalyst surface while maintaining excellent thermal / mechanical stability, high olefin yield and selectivity at the high temperature of the existing catalyst. The present invention provides a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam supported with copper oxide, a method for producing the same, and a method for preparing olefin using the same, which can greatly increase productivity by reducing an increase in reactor differential pressure due to coke deposition and increasing operation period.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 다음 화학식 1 내지 3, 및 4 로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 촉매와 실리콘 카바이드 담체가 혼합 소결된 복합촉매; 및 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물을 포함하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a composite catalyst in which at least one oxide catalyst and a silicon carbide carrier are mixed and sintered selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1 to 3 and 4; And it provides a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam comprising a copper oxide supported on the surface of the complex catalyst.

[화학식 1][Formula 1]

CrZrjOx CrZr j O x

상기 화학식 1에서 j는 0.5≤j≤120, x는 j의 원자가 조건을 만족하는 수이 다.In Formula 1, j is 0.5 ≦ j ≦ 120, and x is a number satisfying the valence condition of j.

[화학식 2] [Formula 2]

CrZrjAkOx CrZr j A k O x

상기 화학식 2에서 A는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 또는 희토류 금속이고,In Formula 2, A is Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe, or a rare earth metal,

j는 0.5≤j≤120, k는 1<k≤50이고, x는 j, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, j/k가 0.5≤j/k≤5이다.j is 0.5 ≦ j ≦ 120, k is 1 <k ≦ 50, x is a number satisfying the valence condition of j and k, and j / k is 0.5 ≦ j / k ≦ 5.

[화학식 3](3)

CrZriPkOx CrZr i P k O x

상기 화학식 3에서, i는 0.1≤i≤50, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3이다.In Formula 3, i is 0.1≤i≤50, k is 0.5≤k≤100, x is a number satisfying the valence condition of i, k, i / k is 0.01≤i / k≤3.

[화학식 4][Formula 4]

CrZriAjPkOx CrZr i A j P k O x

상기 화학식 4에서, A는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 또는 희토류 금속이고,In Formula 4, A is Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe or rare earth metal,

i는 0.1≤i≤50, j는 0.01≤j≤30, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3이다.i is 0.1≤i≤50, j is 0.01≤j≤30, k is 0.5≤k≤100, x is a number satisfying the valence condition of i, k, i / k is 0.01≤i / k≤3 to be.

여기서, 본 발명의 산화물 촉매의 화학식 2 및 4의 A는 Ti인 것이 보다 바람직하다.Here, it is more preferable that A in the formulas (2) and (4) of the oxide catalyst of the present invention is Ti.

본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매에서 구리산화물은 산화구리(CuO)인 것이 보다 바람직하다.In the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the present invention, the copper oxide is more preferably copper oxide (CuO).

또한, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 구리산화물 함량이 복합촉매 100중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부인 것을 특징으로 한다.In addition, the hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention is characterized in that the copper oxide content is 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite catalyst.

또한, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물의 두께가 0.01 내지 100 ㎛이다.In addition, the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the present invention has a thickness of 0.01 to 100 μm of the copper oxide supported on the surface of the composite catalyst.

또한, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 산화물 촉매의 함량이 실리콘 카바이드 담체 100중량부를 기준으로 0.5 내지 50 중량부인 것을 특징으로 한다.In addition, the hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention is characterized in that the content of the oxide catalyst is 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon carbide carrier.

본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 0.5 내지 3.5g/cm3의 밀도를 갖는 것을 특징으로 한다.Hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention is characterized in that it has a density of 0.5 to 3.5g / cm 3 .

본 발명은 Cr 포함 화합물, Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물에 물을 혼합하여 수용액을 제조하는 단계(a); 수용액에 알칼리 또는 알칼리 수용액을 첨가하고 공침시켜 슬러리를 제조하는 단계(b); 슬러리를 환류가열 또는 수열처리하는 단계(c); 환류가열 또는 수열처리된 슬러리를 여과, 건조 및 소성시킴으로써 상기 화학식 1 내지 3, 및 4 로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 촉매를 제조하는 단계(d); 제조된 산화물 촉매의 분말과 실리콘 카바이드 담체의 분말을 혼합 소결하여 복합촉매를 제조하는 단계(e); 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 단계(f); 및 구리산화물이 담지된 복합촉매를 소성하 는 단계(g)를 포함하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) preparing an aqueous solution by mixing water with Cr-containing compound, Zr-containing compound or Cr-Zr-containing compound; (B) adding an alkali or aqueous alkali solution to the aqueous solution and coprecipitation to prepare a slurry; (C) heating the slurry to reflux or hydrothermal treatment; (D) preparing one or more oxide catalysts selected from the group consisting of compounds represented by Chemical Formulas 1 to 3 and 4 by filtering, drying and calcining the slurry heated to reflux or hydrothermally; (E) preparing a composite catalyst by mixing and sintering the powder of the prepared oxide catalyst and the powder of silicon carbide carrier; (F) supporting copper oxide on the surface of the composite catalyst; And calcining the complex catalyst on which the copper oxide is supported (g).

여기서, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법은 단계(e) 내에서 복합촉매를 성형시키는 단계(h); 및 성형된 복합촉매를 소결시키는 단계(i)를 더 포함할 수 있다.Here, the method for producing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention comprises the steps of (h) molding a complex catalyst; And (i) sintering the molded composite catalyst.

또한 본 발명의 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 것은 딥 코팅법, 분무법, 증발 건조법, 단순 침적법, 흡착법, 및 고체상 반응법으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 딥코팅법 또는 증발건조법으로 수행될 수 있다.In addition, supporting copper oxide on the surface of the composite catalyst of the present invention may be carried out by a method selected from the group consisting of dip coating method, spraying method, evaporation drying method, simple deposition method, adsorption method, and solid phase reaction method. It may be carried out by coating or evaporative drying.

본 발명에서, 딥 코팅법, 분무법, 증발 건조법, 단순 침적법, 또는 흡착법은 질산구리, 황산구리, 수산화구리, 아세트산구리, 및 염화구리로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 구리염을 물 또는 유기용매에 용해시킨 용액을 사용할 수 있다.In the present invention, the dip coating method, the spray method, the evaporation drying method, the simple deposition method, or the adsorption method may include at least one copper salt selected from the group consisting of copper nitrate, copper sulfate, copper hydroxide, copper acetate, and copper chloride in water or an organic solvent. The dissolved solution can be used.

또한, 딥 코팅법은 구리염 용액의 구리염 몰농도가 0.01 내지 10 M인 구리염 용액을 사용할 수 있다.In addition, the dip coating method may use a copper salt solution having a copper salt molar concentration of 0.01 to 10 M in the copper salt solution.

또한, 유기용매는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 헥실렌 글리콜, 부탄디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 1,2-펜탄디올, 및 1,2-헥산디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.In addition, the organic solvent may be ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, hexylene glycol, butanediol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,2-pentanediol, and It may be at least one selected from the group consisting of 1,2-hexanediol.

본 발명에서, 알칼리 수용액은 암모니아, 모노에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 탄산칼륨, 및 탄산나트륨으로 이 루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물의 수용액일 수 있다.In the present invention, the aqueous alkali solution may be an aqueous solution of at least one compound selected from the group consisting of ammonia, monoethanol amine, triethanol amine, potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonium hydroxide, potassium carbonate, and sodium carbonate.

본 발명에서, 단계(a)는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속 화합물을 더욱 추가하여 수용액을 제조하거나, 보다 바람직하게는 Ti을 포함하는 금속 화합물을 더욱 추가하여 수용액을 제조할 수 있다.In the present invention, step (a) further comprises a metal compound comprising at least one selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals to prepare an aqueous solution, More preferably, an aqueous solution may be prepared by further adding a metal compound containing Ti.

본 발명에서, 단계(a)의 Cr 포함 화합물, Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물은 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 화합물일 수 있고, 보다 바람직하게는 Ti을 추가로 포함하는 화합물이다.In the present invention, the Cr-containing compound, Zr-containing compound or Cr-Zr-containing compound of step (a) is at least one selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals. It may be a compound further comprising, more preferably a compound further comprising Ti.

본 발명의 수증기 열분해용 촉매의 제조방법에서, 단계(d)의 소성은 750 내지 1600℃의 온도에서 4 내지 24시간 수행될 수 있다.In the method for preparing a catalyst for steam pyrolysis of the present invention, the firing of step (d) may be performed at a temperature of 750 to 1600 ° C. for 4 to 24 hours.

또한 단계(g)의 소성은 800 내지 1200℃의 온도에서 4 내지 24시간 수행될 수 있다.In addition, the firing of step (g) may be performed at a temperature of 800 to 1200 ° C. for 4 to 24 hours.

또한, 단계(e) 또는 단계(i)의 소결은 800 내지 2000℃ 온도에서 2 내지 24시간 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the sintering of step (e) or step (i) is characterized in that it is carried out for 2 to 24 hours at a temperature of 800 to 2000 ℃.

본 발명은 탄화수소 수증기 열분해용 촉매 존재 하에 탄화수소를 수증기 열분해하여 올레핀을 제조하는 올레핀의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing an olefin which produces an olefin by steam pyrolyzing a hydrocarbon in the presence of a catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis.

여기서, 본 발명의 올레핀의 제조방법에서 탄화수소 수증기 열분해는 반응온도가 600 내지 1000℃이고, 수증기/탄화수소의 중량비율이 0.3 내지 1.0이며, 공간 속도(LHSV)가 1 내지 20 hr-1인 것을 특징으로 한다.Here, in the method for preparing olefin of the present invention, hydrocarbon steam pyrolysis has a reaction temperature of 600 to 1000 ° C., a weight ratio of water vapor / hydrocarbon to 0.3 to 1.0, and a space velocity (LHSV) of 1 to 20 hr −1 . It is done.

또한 본 발명의 올레핀의 제조방법에서 탄화수소 수증기 열분해 생성물은 에틸렌/프로필렌 비가 1.5 내지 1.7인 것을 특징으로 한다.In addition, the hydrocarbon steam pyrolysis product in the method for preparing an olefin of the present invention is characterized in that the ethylene / propylene ratio is 1.5 to 1.7.

또한 본 발명의 올레핀의 제조방법에서 수증기 열분해는 고정층 반응기, 유동층 반응기 및 이동상 반응기로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응기에 의해 수행될 수 있다.In the process for preparing olefins of the present invention, steam pyrolysis may be performed by a reactor selected from the group consisting of a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, and a mobile bed reactor.

본 발명은 기존의 탄화수소 수증기 열분해용 복합촉매 표면에 구리산화물을 담지하여 기존 복합촉매가 보이는 고온에서 우수한 열적/기계적 안정성, 높은 올레핀 수율, 및 선택도를 유지하면서 촉매표면에 침적되는 코크를 현저히 감소시킴으로써 촉매 비활성화를 막고, 코크 침적에 따른 반응기 차압 상승을 줄여 운전기간을 늘림으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매를 제공할 수 있다.The present invention significantly reduces the coke deposited on the surface of catalyst while maintaining excellent thermal / mechanical stability, high olefin yield, and selectivity at the high temperature of the existing composite catalyst by supporting copper oxide on the surface of conventional hydrocarbon steam pyrolysis complex catalyst. By preventing the catalyst deactivation, it is possible to provide a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam loaded with copper oxide that can significantly increase productivity by reducing the rise in reactor differential pressure due to coke deposition.

또한, 본 발명은 상기 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a method for preparing a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam on which the copper oxide is supported.

또한, 본 발명은 상기 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매를 이용한 올레핀의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing an olefin using the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam on which the copper oxide is supported.

본 발명자들은 탄화수소 수증기 열분해 반응에 사용하는 촉매로 물리적 강도 가 크고, 고온에서의 열안정성이 우수하며, 경질 올레핀의 수율 및 선택도를 크게 향상시키는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매에 관하여 대한민국 특허출원 제10-2007-0050975, 대한민국 공개특허 제 10-2009-050333, 대한민국 공개특허 제 10-2008-0029084, 및 대한민국 공개특허 제 10-2008-0029085에서 개시한 바 있다. The present inventors have a catalyst for the thermal decomposition of hydrocarbon steam, the physical strength is high, the thermal stability at high temperature, and the catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis that greatly improves the yield and selectivity of light olefins. It has been disclosed in 2007-0050975, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-050333, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0029084, and Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0029085.

본 발명자들은 상기 개시한 문헌의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매 표면에 구리산화물을 담지시킨 촉매가 상기 개시된 문헌의 기존 탄화수소 수증기 열분해용 촉매가 보이는 고온에서 우수한 열적/기계적 안정성, 높은 올레핀 수율, 및 선택도를 유지하면서, 촉매표면에 침적되는 코크를 현저히 감소시킴으로써 촉매 비활성화를 막고, 코크 침적에 따른 반응기 차압 상승을 줄여 운전기간을 늘림으로써 생산성을 크게 향상시킴을 확인하여, 이를 토대로 본 발명의 구리산화물이 담지된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매를 완성하게 되었다.The present inventors have found that a catalyst in which copper oxide is supported on the surface of the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the above-mentioned document shows excellent thermal / mechanical stability, high olefin yield, and selectivity at a high temperature in view of the catalyst for pyrolysis of the conventional hydrocarbon steam of the above-mentioned document. Maintaining, while significantly reducing the coke deposited on the surface of the catalyst to prevent catalyst deactivation, and to increase the operating period by reducing the rise in the reactor differential pressure due to the coke deposition, it is confirmed that greatly improves the productivity, based on the copper oxide of the present invention A catalyst for pyrolysis of hydrocarbon water vapor was completed.

이하 본 발명을 실시예를 포함하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail including examples.

본 발명은 다음 화학식 1 내지 3, 및 4 로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 촉매와 실리콘 카바이드 담체가 혼합 소결된 복합촉매; 및 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물을 포함하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매를 제공한다.The present invention is a composite catalyst in which at least one oxide catalyst selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas (1) to (3) and (4) and silicon carbide carrier are mixed and sintered; And it provides a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam comprising a copper oxide supported on the surface of the complex catalyst.

본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 Cr 및 Zr을 포함하는 산화물 촉매로 화학식 1 로 정의되는 것을 특징으로 한다. Hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention is characterized in that the oxide catalyst containing Cr and Zr defined by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

CrZrjOx CrZr j O x

상기 화학식 1에서, j는 0.5≤j≤120, 바람직하게는 5≤j≤90, 보다 바람직하게는 70≤j≤90이며, x는 j의 원자가 조건을 만족하는 수이다. In Formula 1, j is 0.5 ≦ j ≦ 120, preferably 5 ≦ j ≦ 90, more preferably 70 ≦ j ≦ 90, and x is a number satisfying the valence condition of j.

또한, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 산화물 촉매는 Cr 및 Zr을 포함하고 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 금속성분(A)을 포함하는 산화물 촉매로 화학식 2로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxide catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the present invention includes Cr and Zr and at least one metal component selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals (A). It is characterized in that the oxide catalyst comprising a formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

CrZrjAkOx CrZr j A k Ox

상기 화학식 2에서, j는 0.5≤j≤120, 바람직하게는 5≤j≤90, 보다 바람직하게는 70≤j≤이며, k는 1<k≤50, 바람직하게는 5≤k≤30, 보다 바람직하게는 15≤j≤28이고, x는 j, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, j/k가 0.5≤j/k≤5, 바람직하게는 2≤j/k≤3.5이다.In Formula 2, j is 0.5≤j≤120, preferably 5≤j≤90, more preferably 70≤j≤, and k is 1 <k≤50, preferably 5≤k≤30, Preferably, 15 ≦ j ≦ 28, x is a number satisfying the valence condition of j and k, j / k is 0.5 ≦ j / k ≦ 5, and preferably 2 ≦ j / k ≦ 3.5.

또한 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 산화물 촉매는 Cr 및 Zr을 포함하는 인산화물 촉매로 화학식 3으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxide catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the present invention is characterized in that it is defined by the formula (3) as a phosphate catalyst containing Cr and Zr.

[화학식 3](3)

CrZriPkOx CrZr i P k O x

상기 화학식 3에서, i는 0.1≤i≤50, 바람직하게는 0.5≤i≤15이며, k는 0.5≤k≤100, 바람직하게는 1≤k≤4이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3, 바람직하게는 0.1≤i/k≤1.5이다.In Formula 3, i is 0.1≤i≤50, preferably 0.5≤i≤15, k is 0.5≤k≤100, preferably 1≤k≤4, and x is the valence condition of i, k It is a satisfying number, i / k is 0.01≤i / k≤3, preferably 0.1≤i / k≤1.5.

또한, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 산화물 촉매는 Cr 및 Zr을 포함하고 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 금속성분(A)을 포함하는 인산화물 촉매로 화학식 4로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxide catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the present invention comprises Cr and Zr and at least one metal component selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals (A) It is characterized in that the phosphate catalyst comprising a formula (4).

[화학식 4][Formula 4]

CrZriAjPkOx CrZr i A j P k O x

상기 화학식 4에서, 0.1≤i≤50, 바람직하게는 0.5≤i≤15이며, j는 0.01≤j≤30, 바람직하게는 0.01≤j≤10이고, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3, 바람직하게는 0.1≤i/k≤1.5이다.In Formula 4, 0.1≤i≤50, preferably 0.5≤i≤15, j is 0.01≤j≤30, preferably 0.01≤j≤10, k is 0.5≤k≤100, and x is It is a number which satisfy | fills the valence condition of i and k, i / k is 0.01 <= i / k <= 3, Preferably it is 0.1 <= i / k <= 1.5.

상기 화학식 2 및 4에서 A는 Ti인 것이 보다 바람직하다.In Formulas 2 and 4, A is more preferably Ti.

또한, 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 구리산화물은 산화구리(CuO)인 것이 바람직하다.In addition, the copper oxide of the hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention is preferably copper oxide (CuO).

본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 구리산화물 함량이 복합촉매 100중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 구리산화물 함량이 복합촉매 100중량부를 기준으로 0.1 중량부 미만인 경우에는 탄화수소 열분해 반응시 복합촉매 표면에 생성되는 탄소 침적량을 감소시키는 효과가 미미하고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 복합촉매가 가지는 탄화수소 열분해 반응의 높은 활성을 감소시키고 열적/기계적 안정성을 떨어뜨린다.The hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention preferably has a copper oxide content of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite catalyst. When the copper oxide content is less than 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the composite catalyst, the effect of reducing the amount of carbon deposited on the surface of the composite catalyst during the hydrocarbon pyrolysis reaction is insignificant. When the copper oxide content exceeds 20 parts by weight, the hydrocarbon pyrolysis of the composite catalyst is present. It reduces the high activity of the reaction and degrades the thermal / mechanical stability.

또한 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물의 두께가 0.01 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물의 두께가 0.01 ㎛ 미만인 경우에는 담지된 CuO의 양이 너무 적어 탄화수소 열분해 반응시 복합촉매 표면에 생성되는 탄소 침적량을 감소시키는 효과가 미미하고, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 복합촉매가 가지는 탄화수소 열분해 반응의 높은 활성을 감소시키고 열적/기계적 안정성을 떨어뜨릴 수 있다.In addition, the hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention preferably has a thickness of 0.01 to 100 μm of the copper oxide supported on the surface of the composite catalyst. When the thickness of the copper oxide supported on the surface of the composite catalyst is less than 0.01 μm, the amount of CuO supported is too small, so that the effect of reducing the amount of carbon deposited on the surface of the composite catalyst during hydrocarbon pyrolysis reaction is insignificant, exceeding 100 μm. In this case, the high activity of the hydrocarbon pyrolysis reaction of the multicatalyst can be reduced and the thermal / mechanical stability can be degraded.

또한 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 실리콘 카바이드 담체 100중량부를 기준으로 상기 산화물 촉매의 함량이 0.5내지 50중량부인 것이 탄화수소 수증기 열분해 반응에 바람직하다. 산화물 촉매의 함량이 0.5중량부 미만이면 촉매로서의 성능을 발휘하기가 곤란하고, 50중량부를 초과하면 촉매의 강도가 약해지게 된다. In addition, the hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention is preferably 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon carbide carrier for hydrocarbon steam pyrolysis. If the content of the oxide catalyst is less than 0.5 parts by weight, it is difficult to exhibit the performance as a catalyst, and if it exceeds 50 parts by weight, the strength of the catalyst is weakened.

또한 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 0.5 내지 3.5g/cm3의 밀도, 50 m2/g 이하의 표면적, 및 1000 N 이상의 압축강도를 갖는 것이 바람직하다. 표면적이 50 m2/g 보다 큰 경우에는 코크 침적량이 증가하고, 압축강도가 1000N 미만인 경우에는 강도가 약해 깨지기 쉽다.In addition, the hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention preferably has a density of 0.5 to 3.5 g / cm 3 , a surface area of 50 m 2 / g or less, and a compressive strength of 1000 N or more. When the surface area is larger than 50 m 2 / g, the amount of coke deposition increases, and when the compressive strength is less than 1000N, the strength is weak and easily broken.

본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법은, Cr 포함 화합물, Zr 포함 화합물, 또는 Cr-Zr 포함 화합물에 물을 혼합하여 수용액을 제조하는 단계(a); 수용액에 알칼리 또는 알칼리 수용액을 첨가하고 공침시켜 슬러리를 제조하는 단계(b); 슬러리를 환류가열 또는 수열처리하는 단계(c); 환류가열 또는 수열처 리된 슬러리를 여과, 건조 및 소성시킴으로써 화학식 1 내지 3, 및 4 로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 촉매를 제조하는 단계(d); 제조된 산화물 촉매의 분말과 실리콘 카바이드 담체의 분말을 혼합 소결하여 복합촉매를 제조하는 단계(e); 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 단계(f); 및 구리산화물이 담지된 복합촉매를 소성하는 단계(g)를 포함한다.The method for preparing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention comprises the steps of: (a) preparing an aqueous solution by mixing water with a Cr-containing compound, a Zr-containing compound, or a Cr-Zr-containing compound; (B) adding an alkali or aqueous alkali solution to the aqueous solution and coprecipitation to prepare a slurry; (C) heating the slurry to reflux or hydrothermal treatment; (D) preparing at least one oxide catalyst selected from the group consisting of compounds represented by the formulas (1) to (3) and (4) by filtering, drying, and calcining the reflux heated or hydrothermally treated slurry; (E) preparing a composite catalyst by mixing and sintering the powder of the prepared oxide catalyst and the powder of silicon carbide carrier; (F) supporting copper oxide on the surface of the composite catalyst; And calcining the complex catalyst on which the copper oxide is supported (g).

이하 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법의 각 단계를 자세히 설명한다.Hereinafter, each step of the preparation method of the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam of the present invention will be described in detail.

단계(a)는 Cr 포함 화합물, Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물에 물을 혼합하여 수용액을 제조하는 단계이다.Step (a) is a step of preparing an aqueous solution by mixing water with a Cr-containing compound, a Zr-containing compound or a Cr-Zr-containing compound.

상기 Cr 포함 화합물 및 Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물은 황산염(sulfates), 질산염(nitrates), 수산염(oxalates), 할로겐화물(halides) 또는 염화물(chlorides) 등의 염의 형태로 사용할 수 있으며, 질산염(nitrates)을 사용하는 것이 바람직하다.The Cr-containing compound and the Zr-containing compound or Cr-Zr-containing compound may be used in the form of salts such as sulfates, nitrates, oxalates, halides or chlorides, and nitrates. It is preferable to use nitrates.

상기 금속 화합물, 즉 Cr 포함 화합물 및 Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물은 제 3의 금속 화합물과 더욱 혼합될 수 있으며, 상기 제 3의 금속 화합물은 금속 성분으로서 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으며, Ti, Ni, 희토류 금속이 사용되는 것이 바람직하며, Ti가 사용되는 것이 보다 바람직하다. The metal compound, that is, the Cr containing compound and the Zr containing compound or the Cr-Zr containing compound may be further mixed with a third metal compound, and the third metal compound is a metal component as Ti, Nb, Mo, V, Co At least one selected from the group consisting of Ni, W, Fe and rare earth metals may be used, and Ti, Ni, rare earth metals are preferably used, and Ti is more preferably used.

또한 상기 Cr 포함 화합물 또는 Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물은 상기 제 3의 금속 성분으로서 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 더욱 포함될 수 있으며, Ti, Ni, 희토류 금속이 포함되는 것이 바람직하며, Ti가 포함되는 것이 보다 바람직하다.In addition, the Cr-containing compound or Zr-containing compound or Cr-Zr-containing compound is at least one member selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals as the third metal component. It may be further included, Ti, Ni, rare earth metal is preferably included, and more preferably Ti is included.

상기 각각의 제 3의 금속 화합물의 금속성분은 염, 산, 산화물(oxide), 수산화물(hydroxide) 또는 알콕사이드(Alkoxide) 등의 형태로 사용할 수 있다. 제 3의 금속 화합물의 금속성분이 알콕사이드 전구체 형태인 경우에는 알콕사이드가 물에서 가수분해되어 고체상태의 염으로 석출될 수 있기 때문에 질산과 같은 강산을 첨가하여 용해시킬 수 있다.The metal component of each of the third metal compounds may be used in the form of a salt, an acid, an oxide, a hydroxide, or an alkoxide. When the metal component of the third metal compound is in the form of an alkoxide precursor, since the alkoxide can be hydrolyzed in water and precipitated as a solid salt, it can be dissolved by adding a strong acid such as nitric acid.

상기 제 3의 금속 화합물의 금속성분은 물에 용해시킨 후 Cr 및 Zr 수용액과 혼합하여 사용할 수 있으며, 또는Cr 및 Zr 전구체와 함께 물에 용해시켜 사용할 수도 있다The metal component of the third metal compound may be used after being dissolved in water and mixed with Cr and Zr aqueous solution or by being dissolved in water together with Cr and Zr precursors.

상기와 같은 성분들이 용해된 수용액은 가열, 교반하면서 수용액의 온도가 40 내지 80 ℃, 바람직하게는 60 내지 70 ℃인 온도범위에서 충분히 혼합되도록 1시간 이상 교반할 수 있다.The aqueous solution in which the above components are dissolved may be stirred for 1 hour or more so as to be sufficiently mixed in a temperature range of 40 to 80 ° C, preferably 60 to 70 ° C, while heating and stirring.

단계(b)는 상기 (a) 단계의 수용액에 알칼리 또는 알칼리 수용액을 첨가하여 pH를 7 내지 9, 바람직하게는 8 내지 8.5로 조절하고, 공침시켜 슬러리를 제조하는 단계이다.Step (b) is a step of preparing a slurry by adding an alkali or aqueous alkali solution to the aqueous solution of step (a) to adjust the pH to 7 to 9, preferably 8 to 8.5, and coprecipitation.

단계(b)의 알칼리로서 암모니아, 모노에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 탄산칼륨, 또는 탄산나트륨을 단독 또는 2종 이상 병행하여 사용할 수 있으며, 이들 알칼리의 수용액을 사용할 수도 있다. 바람직하게는 암모니아 또는 암모니아 수용액을 사용한다.As the alkali of step (b), ammonia, monoethanol amine, triethanol amine, potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonium hydroxide, potassium carbonate, or sodium carbonate may be used alone or in combination of two or more thereof, and aqueous solutions of these alkalis may be used. . Preferably, ammonia or an aqueous ammonia solution is used.

단계(c)는 상기 단계(b)의 슬러리를 상기 단계(a)와 동일한 온도에서 12시간 이상 환류가열하거나, 또는 60내지 150 ℃인 온도범위의 오토클레이브(autoclave)에서 수열처리하는 단계이다.Step (c) is a step of subjecting the slurry of step (b) to reflux heating at the same temperature as step (a) for at least 12 hours or in an autoclave in a temperature range of 60 to 150 ° C.

단계(d)는 상기 단계(c)의 환류가열 또는 수열처리된 슬러리를 여과, 건조 및 소성하여 산화물 촉매를 제조하는 단계이다. Step (d) is a step of preparing an oxide catalyst by filtration, drying and calcining the heated or hydrothermally treated slurry of step (c).

상기 건조는 120 ℃에서 2시간 이상 건조시키는 것이 바람직하다.It is preferable to dry the said drying at 120 degreeC for 2 hours or more.

단계(d)의 소성은 750 내지 1600 ℃에서 4 내지 24시간 실시하는 것이 바람직하다. 상기 온도범위에서 소성되는 경우에는 소성이 급격하게 이루어지지 않아 촉매의 활성이 손실되지 않는 효과가 있다. 또한 소성시간이 4시간 미만인 경우에는 소성이 완전히 이루어지지 않고, 24시간을 초과하는 경우에는 더 이상 소성이 추가적으로 진행되지 않아 필요치 않다. The firing of step (d) is preferably carried out at 750 to 1600 ° C for 4 to 24 hours. When firing in the temperature range there is an effect that the firing is not made rapidly, the activity of the catalyst is not lost. In addition, when the firing time is less than 4 hours, the firing is not completely performed, and when the firing time is longer than 24 hours, the firing is not further progressed and is not necessary.

단계(e)는 상기 단계(d)의 완성으로 제조된 화학식 1 내지 4로 정의되는 제조된 산화물 촉매의 분말과 실리콘 카바이드 담체의 분말을 혼합 소결하는 단계이다. 실리콘 카바이드 담체 100중량부를 기준으로 상기 산화물 촉매의 함량이 0.5 내지 50중량부의 함량으로 혼합되는 것이 탄화수소 수증기 열분해 반응에 바람직하다. 0.5중량부 미만으로 산화물 촉매성분이 혼합되면 촉매로서의 성능을 발휘하기가 곤란하고, 50중량부를 초과하여 산화물 촉매성분이 혼합되면 촉매의 강도가 약해지게 된다. 상기 산화물 촉매성분과 담체를 혼합하는 단계에 추가적으로 바인더를 혼합할 수도 있다.Step (e) is a step of mixing and sintering the powder of the prepared oxide catalyst defined in Formulas 1 to 4 and the powder of silicon carbide carrier prepared by the completion of step (d). It is preferable for the hydrocarbon steam pyrolysis reaction that the oxide catalyst is mixed in an amount of 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon carbide carrier. When the oxide catalyst component is mixed at less than 0.5 parts by weight, it is difficult to exhibit the performance as a catalyst. When the oxide catalyst component is mixed at more than 50 parts by weight, the strength of the catalyst is weakened. In addition to the step of mixing the oxide catalyst component and the carrier may be mixed with the binder.

실리콘 카바이드 담체를 사용하기 위하여 실리콘 카바이드 전구체인 실리콘 과 카본을 산화물 촉매 성분과 혼합할 수도 있다. 이때 소결 과정을 거치게 되면 실리콘과 카본은 실리콘 카바이드로 변환된다.In order to use a silicon carbide carrier, silicon carbide precursors of silicon and carbon may be mixed with the oxide catalyst component. At this time, when the sintering process is performed, silicon and carbon are converted into silicon carbide.

단계(e)의 소결은 800 내지 2000 ℃의 온도에서 2 내지 24시간 수행되는 것이 바람직하다. 소결이 800℃ 미만에서 수행되는 경우 소결이 이루어지지 않아 바람직하지 않고, 2000 ℃를 초과하여 수행하는 경우 촉매성분 및 실리콘 카바이드의 소실될 수 있다. 또한 소결시간이 2시간 미만이면 소결시간이 너무 짧아 소결이 완전히 이루어지지 않고, 24시간을 초과하는 경우에는 더 이상 소결이 진행되지 않는다.Sintering of step (e) is preferably carried out for 2 to 24 hours at a temperature of 800 to 2000 ℃. When the sintering is performed at less than 800 ℃ is not preferable because the sintering is not performed, and if the sintering is carried out above 2000 ℃ may be lost of the catalyst component and silicon carbide. In addition, when the sintering time is less than 2 hours, the sintering time is too short, so that the sintering is not completely performed, and when the sintering time is longer than 24 hours, the sintering no longer proceeds.

특히, 상기 탄화수소 수증기 열분해 반응이 800℃의 온도에서 수행되는 경우, 생성물인 에틸렌/프로필렌 비는 1.5 내지 1.7인 것이 바람직하다. 상기 열분해 반응온도가 800℃ 이상으로 높아질수록 프로필렌 선택도가 낮아지는 특징을 갖는다.In particular, when the hydrocarbon steam pyrolysis reaction is performed at a temperature of 800 ° C., it is preferable that the product ethylene / propylene ratio is 1.5 to 1.7. As the pyrolysis reaction temperature is higher than 800 ° C., propylene selectivity is lowered.

단계(f)는 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 단계이다.Step (f) is a step of supporting copper oxide on the surface of the composite catalyst.

본 발명의 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키기 위하여 일반적으로 공지된 담지방법인 딥 코팅법, 분무법, 증발 건조법, 단순 침적법, 흡착법, 또는 고체상 반응법을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 딥코팅법 또는 증발건조법을 사용할 수 있다.In order to support copper oxide on the surface of the composite catalyst of the present invention, a dip coating method, a spraying method, an evaporation drying method, a simple deposition method, a adsorption method, or a solid phase reaction method, which is generally known, may be used. Coating or evaporative drying can be used.

함침법은 미리 성형되어 있는 지지체에 활성물질 용액을 접촉시켜 담지하는 방법으로서 용액과 지지체의 접촉방법에 따라 분무법, 증발건조법, 딥코팅법, 단순침적법(incipient wetness method), 흡착법 등이 있다.The impregnation method is a method of contacting and supporting an active material solution on a previously formed support, and there are a spray method, an evaporation drying method, a dip coating method, an incipient wetness method, and an adsorption method depending on the contact method of the solution and the support.

분무법은 지지체를 교반하거나 흔들어주면서 활성물질 용액을 분무하여 지지체에 담지하는 방법이다. 분무법의 일종인 분무건조법(spray drying)은 지지체를 자유 낙하시키면서 사방에서 활성물질의 용액을 분무한 후, 이를 바로 건조하여 담지하는 방법이다.Spraying is a method of spraying an active material solution on a support while stirring or shaking the support. Spray drying (spray drying) is a method of spraying a solution of the active substance from all directions while free-falling the support, and then drying and supporting it immediately.

증발건조법은 활성물질 용액에 지지체를 넣은 후 서서히 가열하여 용매를 증발시켜 활성물질을 담지하는 방법이다.The evaporation drying method is a method in which an active material is supported by evaporating a solvent by putting a support in an active material solution and gradually heating it.

딥코팅법(dip coating)은 활성물질이 녹아있는 일정농도의 용액에 지지체를 담구었다 꺼내서 건조하여 활성물질을 담지하는 방법이다.Dip coating is a method in which the support is immersed in a solution of a certain concentration in which the active substance is dissolved, and then taken out and dried to support the active substance.

단순침적법은 활성물질 용액을 건조한 지지체에 세공에 흡수할 수 있는 양 만큼 활성물질의 용액을 가하면 용액이 지지체 내부로 흡수되므로 활성물질이 세공에 균일하게 분포하게 되고 건조하여 물을 제거하면 활성물질이 담지된다.In the simple deposition method, if the active material solution is added to the dried support in an amount that can be absorbed into the pores, the solution is absorbed into the support. Therefore, the active material is uniformly distributed in the pores. This is supported.

흡착법은 활성물질이 녹아있는 용액에 지지체를 가하여 활성물질을 지지체 표면에 흡착시킨 후 여과 수세하여 흡착되어 있는 활성물질만을 담지시키는 방법이다.Adsorption is a method in which a support is added to a solution in which an active material is dissolved to adsorb the active material to the surface of the support, followed by filtration and washing only the active material that is adsorbed.

고체상 반응법은(solid state reaction)은 산화구리, 탄산구리 등의 고체를 고체인 복합촉매와 혼합하여 고온에서 열처리하여 복합촉매 표면에 구리산화물을 담지하는 방법이다.Solid state reaction is a method in which a solid oxide such as copper oxide and copper carbonate is mixed with a solid composite catalyst and heat treated at a high temperature to support copper oxide on the surface of the composite catalyst.

본 발명에서, 딥 코팅법, 분무법, 증발 건조법, 단순 침적법, 흡착법을 사용할 경우 질산구리, 황산구리, 수산화구리, 아세트산구리, 또는 염화구리 등의 구리염 화합물을 물 또는 유기용매에 용해시킨 용액을 사용할 수 있다.In the present invention, a solution in which copper salt compounds such as copper nitrate, copper sulfate, copper hydroxide, copper acetate, or copper chloride are dissolved in water or an organic solvent when using dip coating, spraying, evaporation drying, simple deposition or adsorption Can be used.

딥 코팅법을 사용하는 경우 구리염의 몰농도가 0.01 내지 10M인 구리염 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 구리염 화합물의 몰농도가 0.01M 미만이면 담지되는 구리산화물의 양이 적어 탄화수소 열분해 반응시 복합촉매 표면에 생성되는 탄소 침적량을 감소시키는 효과가 미미하고, 10M을 초과하면 복합촉매가 가지는 탄화수소 열분해 반응의 높은 활성을 감소시키고 열적/기계적 안정성을 떨어뜨린다.When the dip coating method is used, it is preferable to use a copper salt solution having a molar concentration of copper salt of 0.01 to 10 M. When the molar concentration of the copper salt compound is less than 0.01M, the amount of copper oxide supported is small, so that the effect of reducing the amount of carbon deposited on the surface of the complex catalyst during hydrocarbon pyrolysis reaction is insignificant. Reduces the high activity of and lowers the thermal / mechanical stability.

본 발명에서, 유기용매로서 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 헥실렌 글리콜, 부탄디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 1,2-펜탄디올, 또는 1,2-헥산디올을 단독 또는 2종 이상 병행하여 사용할 수 있다.In the present invention, as the organic solvent, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, hexylene glycol, butanediol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,2-pentanediol Or 1,2-hexanediol may be used alone or in combination of two or more thereof.

단계(g)는 구리산화물이 담지된 복합촉매를 소성하여 탄화수소 수증기 열분해용 복합촉매를 제조하는 단계이다.Step (g) is a step of preparing a complex catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam by calcining the complex catalyst on which the copper oxide is supported.

단계(g)의 소성은 800 내지 1200℃의 온도에서 4 내지 24시간 수행되는 것이 바람직하다. 소성이 800℃ 미만에서 수행되는 경우 구리 전구체가 소성되어 구리산화물이 생성되면서 복합촉매 표면에 안정하게 결합되지 않고, 1200 ℃를 초과하여 수행하는 경우 구리산화물이 녹아 복합촉매와 분리될 수 있다. 또한 소결시간이 4시간 미만이면 소성시간이 너무 짧아 소성이 완전히 이루어지지 않고, 24시간을 초과하는 경우에는 더 이상 소성이 진행되지 않는다.The firing of step (g) is preferably carried out at a temperature of 800 to 1200 ℃ 4 to 24 hours. When firing is performed at less than 800 ° C., the copper precursor is calcined to produce copper oxide, which does not stably bond to the surface of the composite catalyst. When firing is performed at more than 1200 ° C., the copper oxide may be dissolved and separated from the composite catalyst. In addition, when the sintering time is less than 4 hours, the firing time is too short, so that the firing is not completely performed, and when the sintering time exceeds 24 hours, the firing does not proceed any more.

본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법은 단계(e)내에 복합촉매를 성형시키는 단계(h); 및 성형된 복합촉매를 소결시키는 단계(i)를 더 포함할 수 있다.Method for producing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst of the present invention comprises the steps of (h) forming a complex catalyst; And (i) sintering the molded composite catalyst.

단계(h)는 상기 단계(e)의 복합촉매를 라식링 등의 특정의 형상을 만들기 위하여 성형시키는 단계이다. 상기 복합촉매는 압축성형하거나, 압출성형시킴으로써 특정의 형상으로 만들어진다.Step (h) is a step of forming the complex catalyst of step (e) to make a specific shape such as LASIK ring. The composite catalyst is made into a specific shape by compression molding or extrusion molding.

단계(i)는 상기 단계(h)의 특정 형상의 성형물을 소결시키는 단계이다. 상기 단계(h)의 성형물은 소결 과정을 거치면서 부피가 축소되어 원하는 크기, 밀도 및 표면적을 갖는 복합촉매로 제조된다. Step (i) is the step of sintering the molding of the specific shape of step (h). The molded product of step (h) is reduced in volume during the sintering process to produce a composite catalyst having a desired size, density and surface area.

단계(i)의 소결은 800 내지 2000℃의 온도에서 2 내지 24 시간 수행되는 것이 바람직하다. 상기 소결온도와 소결시간이 바람직한 이유는 단계(e)에서 설명한 바와 동일하다.The sintering of step (i) is preferably carried out for 2 to 24 hours at a temperature of 800 to 2000 ℃. The reason why the sintering temperature and the sintering time are preferable is the same as described in step (e).

단계(h) 및 단계(i)를 마친 후에, 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 단계(f)와 구리산화물이 담지된 복합촉매를 소성하는 단계(g)가 수행될 수 있으며, 단계(f)와 단계(g)는 위에서 설명한 바와 동일하게 수행할 수 있다.After completing steps (h) and (i), step (f) of supporting the copper oxide on the surface of the composite catalyst and step (g) of firing the composite catalyst on which the copper oxide is supported may be performed. f) and step (g) may be performed in the same manner as described above.

상기와 같이 복합촉매의 성형, 소결, 구리산화물의 담지 및 담지된 복합촉매의 소결까지 완료된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 본 발명의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매에 관한 설명에서 기재한 바와 동일하다.As described above, the catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis, which is completed until the molding of the composite catalyst, the sintering, the support of copper oxide and the sintering of the supported composite catalyst, is the same as described in the description of the catalyst for thermal decomposition of hydrocarbon steam of the present invention.

본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 탄화수소 수증기 열분해용 촉매 존재 하에 탄화수소를 수증기 열분해하여 경질 올레핀을 제조하는 올레핀의 제조방법이 제공된다.The present invention provides a method for producing an olefin for producing light olefins by steam pyrolysis of hydrocarbons in the presence of a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam prepared by the above method.

본 발명에 따른 경질 올레핀은 4개 이하의 탄소수를 가지는 올레핀을 의미하며, 특히 에틸렌, 프로필렌 등을 들 수 있다.The light olefin according to the present invention means an olefin having 4 or less carbon atoms, and particularly ethylene, propylene, and the like.

상기 경질 올레핀을 제조하기 위한 탄화수소 수증기 열분해 반응은 반응온도가 600 내지 1000℃이고, 수증기/탄화수소의 중량비율 0.3 내지 1.0이며, 공간속도(LHSV) 1 내지 20 hr-1인 조건에서 수행될 수 있다.Hydrocarbon steam pyrolysis reaction for preparing the light olefin may be carried out under the condition that the reaction temperature is 600 to 1000 ℃, the weight ratio of water vapor / hydrocarbon 0.3 to 1.0, the space velocity (LHSV) 1 to 20 hr -1 . .

여기서, 상기 경질 올레핀을 제조하기 위한 탄화수소 수증기 열분해 반응의 반응온도가 600℃ 미만인 경우 열분해 반응이 진해되지 않아서 바람직하지 않고, 1000℃를 초과하는 경우에는 메탄, 이산화탄소 및 코크 등의 부생성물이 대량 생성되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 수증기/탄화수소의 중량비율이 0.3 미만인 경우에는 부생성물인 코크 생성이 증가하여 바람직하지 않고, 1.0을 초과하는 경우에는 반응물의 양이 적어 생산량이 감소함으로 바람직하지 않다. 또한 공간속도(LHSV)가 1 hr- 1미만인 경우 체류시간이 길어져 메탄 등의 부 생성물이 증가하므로 바람직하지 않고, 20 hr-1을 초과하는 경우에는 체류시간이 짧아 탄화수소 열분해 반응 전환율이 감소하므로 바람직하지 않다. Here, the pyrolysis reaction is not preferable when the reaction temperature of the hydrocarbon steam pyrolysis reaction for preparing the light olefin is less than 600 ° C., and when it exceeds 1000 ° C., by-products such as methane, carbon dioxide, and coke are produced in large quantities. It is not preferable because it becomes. In addition, when the weight ratio of water vapor / hydrocarbon is less than 0.3, it is not preferable to increase coke formation as a by-product, and if it exceeds 1.0, it is not preferable because the amount of reactants is small and the yield is reduced. In addition, when the space velocity (LHSV) is less than 1 hr - 1 , the residence time is increased and the side products, such as methane, are not preferable, and when it exceeds 20 hr -1 , the residence time is short and the conversion rate of hydrocarbon pyrolysis reaction is preferable. Not.

상기 반응에 있어서, 적용이 가능한 반응기로는 고정층 반응기, 유동층 반응기 또는 이동상 반응기 등이 있다. 특히, 고정층 반응기를 사용하는 경우, 구형이나 펠렛 형태로 성형한 촉매를 사용할 수 있으나 촉매층에 차압이 크게 형성되는 문제점이 있다. 따라서 이를 해결하기 위하여 촉매층의 공극률을 가능한 증가시킬 수 있도록 라식형 형태나 기타 특수한 형태로 성형한 촉매를 사용하는 것이 좋다.In the above reaction, applicable reactors include a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor or a mobile bed reactor. In particular, when using a fixed bed reactor, it is possible to use a catalyst molded in the form of a sphere or pellet, but there is a problem that a large pressure difference is formed in the catalyst layer. Therefore, in order to solve this problem, it is preferable to use a catalyst molded in a LASIK form or other special form so as to increase the porosity of the catalyst layer as much as possible.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양 한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely for exemplifying the present invention, and various changes and modifications within the scope and spirit of the present invention are apparent to those skilled in the art. Naturally, such modifications and variations fall within the scope of the appended claims.

실시예Example 1 One

60℃의 증류수에 2.86 g의 Ti[OCH(CH3)2]를 첨가하고 투명해질 때까지 질산을 조금씩 떨어뜨려 교반하였다. 여기에 12.35 g의 ZrO(NO3)2·H2O와 0.24 g의 Cr(NO3)3·9H2O를 첨가하고 2시간 동안 교반하여 수용액을 제조하였다. 상기 수용액에 암모니아수를 천천히 떨어뜨리면서 pH를 8로 조절하여 공침시키고, 12시간 동안 환류가열하였다. 상기 공침된 수용액을 여과하면서 증류수로 세척하고 촉매를 분리한 후, 120 ℃ 건조기에 넣어 6 시간 보관하여 수분을 제거하였다. 상기 건조된 촉매를 전기로에 넣고, 공기분위기에서 800 ℃로 6시간 가열하여 소성하였다. 상기와 같이 제조한 촉매는 CrZr83 .3Ti16 .7Ox의 조성을 나타내었다. 이렇게 제조한 촉매 분말을 99.5 %의 순도를 가진 500 ㎛ 크기의 실리콘 카바이드 분말과 혼합하여 1900℃에서 12시간 동안 진공소결시켰다. 상기의 절차에 따라 소결까지 완료된 촉매는 실리콘 카바이드 중량 대비 CrZr83 .3Ti16 .7Ox가 5 중량%인 조성을 갖는다. 이렇게 제조된 촉매성분이 함유된 SiC 복합촉매를 355-600 ㎛ 크기로 분쇄하고 공기분위기에서 1000 ℃로 6시간 가열하여 소성하였다 또한 이 촉매를 Cat 1이라고 명명하였다2.86 g of Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] was added to distilled water at 60 ° C., and nitric acid was gradually dropped and stirred until it became clear. 12.35 g of ZrO (NO 3 ) 2 .H 2 O and 0.24 g of Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O were added thereto, followed by stirring for 2 hours to prepare an aqueous solution. The solution was co-precipitated by adjusting the pH to 8 while slowly dropping ammonia water into the aqueous solution, and heated to reflux for 12 hours. The co-precipitated aqueous solution was washed with distilled water while filtering and the catalyst was separated, and then placed in a 120 ° C. dryer for 6 hours to remove moisture. The dried catalyst was placed in an electric furnace and calcined by heating at 800 ° C. for 6 hours in an air atmosphere. The catalyst prepared as described above showed a composition of CrZr 83 .3 Ti 16 .7 O x . The catalyst powder thus prepared was mixed with 500 µm size silicon carbide powder having a purity of 99.5% and vacuum sintered at 1900 ° C. for 12 hours. The catalyst completed by sintering according to the above procedure has a composition in which the CrZr 83 .3 Ti 16 .7 O x is 5% by weight based on the weight of silicon carbide. The SiC composite catalyst containing the catalyst component thus prepared was pulverized to a size of 355-600 μm and calcined by heating at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere. The catalyst was also designated as Cat 1.

실시예Example 2 2

상온에서 50 ml의 증류수에 0.094g의 Cu(NO3)2.3H2O를 첨가하여 교반하였다. 여기에 1 g의 실시예 1에서 제조된 355-600 ㎛ 크기의 복합촉매를 넣고, 회전식 감압증류장치를 이용하여 70 ℃에서 감압증류하고, 120 ℃ 건조기에 넣어 6 시간 보관하여 수분을 제거하였다. 상기 건조된 촉매를 전기로에 넣고, 공기분위기에서 1000 ℃로 6시간 가열하여 소성하였다.Cu (NO 3) 0.094g of 50 ml of distilled water at room temperature was added thereto and stirred for 2 .3H 2 O. The 355-600 μm composite catalyst prepared in 1 g of Example 1 was added thereto, distilled under reduced pressure using a rotary vacuum distillation apparatus at 70 ° C., and stored in a 120 ° C. dryer for 6 hours to remove moisture. The dried catalyst was placed in an electric furnace and calcined by heating at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere.

실시예Example 3 3

상기 실시예 2에서 0.16 g의 Cu(NO3)2.3H2O를 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 실시하였다.Except in Example 2 that the addition of 0.16 g of Cu (NO 3) 2 .3H 2 O was carried out as Example 2.

비교예Comparative example 1 One

표면적이 0.18 m2/g인 Alumina를 355-600 ㎛로 분쇄한 후 1000 ℃에서 소성한 것을 사용하였다Alumina having a surface area of 0.18 m 2 / g was pulverized to 355-600 μm and calcined at 1000 ° C.

비교예Comparative example 2 2

표면적이 120 m2/g인 Silica를 355-600 ㎛로 분쇄한 후 1000 ℃에서 소성한 것을 사용하였다.Silica having a surface area of 120 m 2 / g was pulverized to 355-600 μm and calcined at 1000 ° C. was used.

비교예Comparative example 3 3

상온에서 50 ml의 증류수에 0.32g의 Cu(NO3)2.3H2O를 첨가하여 교반하였다. 여기에 비교예 1의 2 g의 355-600 ㎛ 크기의 Alumina를 넣고, 회전식 감압증류장치를 이용하여 70 ℃에서 감압증류하고, 120 ℃ 건조기에 넣어 6 시간 보관하여 수분 을 제거하였다. 상기 건조된 시료를 전기로에 넣고, 공기분위기에서 1000 ℃로 6시간 가열하여 소성하였다.Cu (NO 3) in 0.32g of distilled water 50 ml at room temperature was added thereto and stirred for 2 .3H 2 O. 2 g of 355-600 μm of Alumina of Comparative Example 1 was added thereto, and distilled under reduced pressure at 70 ° C. using a rotary vacuum distillation apparatus, and stored in a 120 ° C. dryer for 6 hours to remove moisture. The dried sample was placed in an electric furnace and calcined by heating at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere.

비교예Comparative example 4 4

상기 비교예 3에서 Alumina 대신에 비교예 2에서 제조된 silica를 첨가한 것을 제외하고는 상기 비교예 3과 동일한 방법으로 실시하였다.Comparative Example 3 was carried out in the same manner as in Comparative Example 3, except that silica prepared in Comparative Example 2 was added instead of Alumina.

[시험예 1][Test Example 1]

상기 실시예 1 - 3및 비교예 1 - 4에서 제조한 촉매를 사용하여 하기와 같은 방법으로 탄화수소 수증기 열분해 반응에 사용하였다. The catalysts prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were used for the hydrocarbon steam pyrolysis reaction in the following manner.

탄화수소로서 헥산을 사용하였다. 외경이 1/4“인 석영관에 5 ㎝ 높이의 촉매를 충진한 후, 반응온도를 800 ℃로 유지하였다. 헥산과 물의 주입 비율은 무게비로 5:2이 되도록 하였고, 헥산의 유량은 LHSV가 5hr-1이 되도록 조절하였다. 헥산과 물은 주사기 펌프를 이용하여 주입하되, 기화장치에서 300, 400 ℃의 온도에서 각각 기화시킨 후 두 기체가 잘 혼합된 상태로 촉매층과 접촉하도록 하였다. 반응후의 촉매를 수집하여 촉매에 침적된 코크의 무게를 측정하고, 하기 수학식 1로 시료에 침적된 코크의 함량을 계산하였다.Hexane was used as the hydrocarbon. After filling a 5 cm high catalyst into a quartz tube having an outer diameter of 1/4 ", the reaction temperature was maintained at 800 deg. The injection ratio of hexane and water was 5: 2 by weight ratio, and the flow rate of hexane was adjusted so that LHSV was 5hr −1 . Hexane and water were injected using a syringe pump, but each was vaporized at a temperature of 300 and 400 ° C. in a vaporizer, and then contacted with the catalyst layer in a well mixed state. After the reaction, the catalyst was collected to measure the weight of the coke deposited on the catalyst, and the amount of coke deposited on the sample was calculated by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

코크 생성량(중량%) = 생성된 코크의 무게/충진된 시료의 무게 × 100Coke production (% by weight) = weight of generated coke / weight of filled sample × 100

실시예Example 4 4

상기 실시예 1에서 실리콘 카바이드 중량 대비 CrZr83 .3Ti16 .7Ox가 10 중량% 함 유된 SiC 복합촉매를 라식링 형태로 압축 성형하고 소결한 복합촉매를 로우스피드소(low speed saw) 장치를 이용하여 3*4*32 mm의 직사각형 시편으로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 이 촉매를 Cat 2라 명명하였다.A low speed saw device was obtained by compression molding and sintering a SiC composite catalyst containing 10 wt% CrZr 83 .3 Ti 16 .7 O x in a LASIK ring form in the first embodiment. It was carried out in the same manner as in Example 1 except that it was prepared in a rectangular specimen of 3 * 4 * 32 mm using. This catalyst was named Cat 2.

실시예Example 5 5

상온에서 증류수에 Cu(NO3)2.3H2O를 첨가하여 0.5M 농도의 질산구리수용액을 제조하였다. 여기에 실시예 4에서 제조된 3*4*32 mm의 직사각형 모양의 복합촉매를 1시간 동안 담가두었다 꺼내서, 상온에서 1h 동안 보관하고, 120 ℃ 건조기에 넣어 6 시간 보관하여 수분을 제거하였다. 상기 건조된 촉매를 전기로에 넣고, 공기분위기에서 1000 ℃로 6시간 가열하여 소성하였다.In distilled water at room temperature by the addition of Cu (NO 3) 2 .3H 2 O was prepared in the copper nitrate aqueous solution of a 0.5M concentration. Here, the 3 * 4 * 32 mm rectangular complex catalyst prepared in Example 4 was soaked for 1 hour, taken out, stored at room temperature for 1 h, and stored in a 120 ° C. dryer for 6 hours to remove moisture. The dried catalyst was placed in an electric furnace and calcined by heating at 1000 ° C. for 6 hours in an air atmosphere.

실시예Example 6 6

상기 실시예 5에서 2.0M 농도의 질산구리 수용액을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.Except for using the copper nitrate aqueous solution of 2.0M concentration in Example 5 was carried out in the same manner as in Example 5.

실시예Example 7 7

상기 실시예 5에서 4.0M 농도의 질산구리 수용액을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.Except for using a 4.0M copper nitrate aqueous solution in Example 5 was carried out in the same manner as in Example 5.

실시예Example 8 8

상기 실시예 7에서 제조한 촉매를 하기 시험예 2와 동일한 조건으로 2시간 동안 헥산 접촉 수증기 열분해 반응에 사용한 후 회수하여 750 ℃, 공기분위기에서 2시간 동안 코크를 연소시켜 재생하였다. The catalyst prepared in Example 7 was used in a hexane catalytic steam pyrolysis reaction for 2 hours under the same conditions as in Test Example 2, and then recovered and regenerated by burning the coke for 2 hours at 750 ° C. in an air atmosphere.

[시험예 2][Test Example 2]

상기 실시예 4-8와 같은 방법으로 제조된 각각의 3*4*32 mm의 직사각형 모양의 촉매 3개씩를 사용하여 하기와 같은 방법으로 탄화수소 수증기 열분해 반응에 사용하였다. 이때 복합촉매의 충진율은 약 27 % 이었다. 탄화수소로 헥산을 사용하였다.Using three 3 * 4 * 32 mm rectangular catalysts each prepared in the same manner as in Example 4-8, the hydrocarbon steam pyrolysis was carried out in the following manner. At this time, the filling rate of the complex catalyst was about 27%. Hexane was used as the hydrocarbon.

반응물인 헥산과 물은 주사기 펌프로 반응장치에 주입하였으며, 이 때 헥산과 물의 주입 비율은 무게비로 2:1이 되도록 하였고, 납사의 유량은 LHSV가 2.5 hr-1이 되도록 조절하였다. 반응장치로 주입된 헥산과 물은 각각 기화기를 거쳐서 혼합된 다음에 330 ℃로 가열되는 1차 예열기를 통과한 후 330 ℃로 가열되는 2차 예열기를 거쳐서 촉매가 충전된 반응기(길이: 300 cm, 직경: 0.52 cm)로 주입하였다.The reactants hexane and water were injected into the reactor by a syringe pump. At this time, the injection ratio of hexane and water was 2: 1 by weight ratio, and the naphtha flow rate was adjusted to be 2.5 hr −1 . Hexane and water injected into the reactor were each mixed through a vaporizer and then passed through a primary preheater heated to 330 ° C. and then a reactor charged with a catalyst through a secondary preheater heated to 330 ° C. (length: 300 cm, Diameter: 0.52 cm).

반응기는 전기로에 의해 가열되며, 2차 예열기를 거친 수증기-헥산 혼합물이 반응기를 통과하면서 접촉 열분해 반응이 일어난다. 이때 반응기 의 온도는 820 ℃로 유지하였다. 반응기를 통과하여 배출되는 분해 생성물을 가스크로마토그래피를 이용하여 정량분석하고, 하기 수학식 2로 분해 생성물의 수율을 계산하였다. 또한 반응후의 시료를 수집하여 시료에 침적된 코크의 무게를 측정하고, 시험예 1의 수학식 1로 시료에 침적된 코크의 함량을 계산하였다.The reactor is heated by an electric furnace and a catalytic pyrolysis reaction takes place as the steam-hexane mixture passed through the secondary preheater passes through the reactor. At this time, the temperature of the reactor was maintained at 820 ℃. The decomposition product discharged through the reactor was quantitatively analyzed by gas chromatography, and the yield of the decomposition product was calculated by Equation 2 below. In addition, the sample after the reaction was collected to measure the weight of the coke deposited on the sample, and the amount of coke deposited on the sample was calculated by Equation 1 of Test Example 1.

[수학식 2][Equation 2]

생성물의 수율(중량%) = 생성물의 무게/주입된 헥산의 무게 × 100Yield of product (% by weight) = weight of product / weight of injected hexane × 100

구분division 촉매명Catalyst name CuO 담지량 (중량%)CuO loading (% by weight) 코크 생성량(중량%)Coke production amount (% by weight) 실시예Example 1One Cat 1Cat 1 00 12.812.8 22 3wt% CuO/Cat 13wt% CuO / Cat 1 2.12.1 1.01.0 33 5wt% CuO/Cat 15wt% CuO / Cat 1 3.63.6 0.50.5 비교예Comparative example 1One Al2O3 Al 2 O 3 00 13.713.7 22 SiO2 SiO 2 00 9.89.8 33 5wt% CuO/Al2O3 5wt% CuO / Al 2 O 3 3.83.8 13.613.6 44 5wt% CuO/SiO2 5wt% CuO / SiO 2 4.54.5 12.212.2

참고: CuO 담지량(중량%)= CuO무게/(복합촉매무게+CuO무게)x100 Note: CuO loading (% by weight) = CuO weight / (composite catalyst weight + CuO weight) x 100

상기 표 1을 통하여, 기존 발명[대한민국 공개특허 제10-2009-0050333]에서 CrZr83.3Ti16.7Ox 조성을 갖는 산화물 촉매성분과 담체인 실리콘 카바이드가 혼합되어 있는 복합촉매인 실시예 1의 복합촉매는 고온에서의 열적/기계적 안정성이 우수하고, 경질 올레핀의 선택도 및 수율을 향상시킬 뿐만 아니라 코크에 의한 비활성화가 적었다. 그러나, 탄화수소 수증기 열분해반응은 820 ℃ 이상의 고온에서 반응물의 양이 매우 많아 침적되는 코크의 양이 매우 높다. 때문에 기존에 발명된 실시예 1의 복합촉매 또한 코크 침적량이 매우 낮지만, 이보다 코크의 침적량이 현저히 감소한 촉매가 필요하였다.Through the above Table 1, the composite catalyst of Example 1, which is a composite catalyst in which an oxide catalyst component having CrZr 83.3 Ti 16.7 O x composition and silicon carbide as a carrier are mixed in the existing invention [Korean Patent Publication No. 10-2009-0050333] The thermal / mechanical stability at high temperatures is excellent and not only improves the selectivity and yield of light olefins, but also has little deactivation by coke. However, hydrocarbon steam pyrolysis is very high in the amount of reactants at a high temperature of more than 820 ℃ because the amount of coke deposited is very high. Therefore, although the amount of coke deposition was also very low, the composite catalyst of Example 1, which was invented, required a catalyst in which the amount of coke deposition was significantly reduced.

본 발명에서는 실시예 1과 같이 제조한 복합촉매에서의 코크 침적량은 12.8 중량 %이었다. 그러나 구리산화물을 복합촉매 표면에 각각 2.1 중량%와 3.6 중량%를 담지한 실시예 2와 실시예 3의 구리산화물 담지 복합촉매에서는 코크 침적량이 각각 1.0 중량%와 0.5 중량%로 현저히 감소하였다.In the present invention, the amount of coke deposited in the composite catalyst prepared in Example 1 was 12.8 wt%. However, in the copper oxide-supported composite catalysts of Examples 2 and 3, in which the copper oxide was loaded at 2.1 wt% and 3.6 wt% on the surface of the composite catalyst, the amount of coke was significantly reduced to 1.0 wt% and 0.5 wt%, respectively.

그러나, 비교예 1과 비교예 2와 같이 대표적인 담체인 알루미나와 실리카 표면에 구리산화물을 담지한 비교예3과 비교예4의 코크 침적량은 감소하지 않았으며, 오히려 실리카에 표면에 구리산화물이 담지된 비교예 4의 경우, 코크침적량이 9.8 중량%에서 12.2 중량%로 증가하였다.However, as in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the amount of coke deposition of Comparative Examples 3 and 4, in which copper oxide was supported on the surface of alumina and silica, was not reduced, but rather, the copper oxide was supported on the surface of silica. For Comparative Example 4, the amount of coke deposition increased from 9.8% by weight to 12.2% by weight.

이는 구리산화물이 실시예 1과 같이 제조된 복합촉매 표면에 담지될 경우에만 탄화수소 열분해 반응에 의해 침적되는 코크의 생성을 선택적으로 감소시키고 있음을 알 수 있었다.This was found to selectively reduce the formation of coke deposited by hydrocarbon pyrolysis reaction only when copper oxide is supported on the surface of the composite catalyst prepared as in Example 1.

구분division 촉매명Catalyst name 반응
시간
(h)
reaction
time
(h)
생성물 수율 (중량 %)Product yield (% by weight) 코크 생성량Coke Production
에틸렌Ethylene 프로필렌Propylene 에틸렌
+
프로필렌
Ethylene
+
Propylene
H2 H 2 CO
+
CO2
CO
+
CO 2
(중량 %)(weight %)
실시예 4Example 4 Cat 2Cat 2 22 46.346.3 15.515.5 61.861.8 0.90.9 1.21.2 15.115.1 88 29.529.5 실시예 5Example 5 0.5M CuO
/ Cat 2
0.5M CuO
/ Cat 2
22 47.847.8 15.115.1 62.962.9 0.90.9 1.01.0 9.99.9
실시예 6Example 6 2.0M CuO
/ Cat 2
2.0M CuO
/ Cat 2
22 47.047.0 15.215.2 62.262.2 0.80.8 1.11.1 7.47.4
88 13.013.0 실시예 7Example 7 4.0M CuO
/ Cat 2
4.0M CuO
/ Cat 2
22 47.147.1 15.715.7 62.862.8 0.80.8 1.21.2 2.12.1
88 5.55.5 실시예 8Example 8 4.0M CuO
/ Cat 2
4.0M CuO
/ Cat 2
22 47.147.1 15.815.8 62.962.9 0.80.8 1.21.2 1.81.8

상기 표 2를 통하여, 파일럿이나 공장수준의 Cracker tube내에 본 발명에 의해 개발된 구리산화물이 코팅된 복합촉매를 사용하기 위해 기존특허[대한민국 공개특허 제10-2009-0050333]와 같은 형태로 제조된 복합촉매 표면에 질산구리 수용액을 이용하여 구리산화물을 코팅하는 방법을 사용하였다. Through Table 2, prepared in the same form as the existing patent [Korea Patent Publication No. 10-2009-0050333] to use the copper oxide-coated composite catalyst developed by the present invention in the pilot or factory-level Cracker tube A copper oxide was coated on the surface of the composite catalyst using an aqueous copper nitrate solution.

실시예 4의 라식링 형태의 복합촉매를 Low speed saw 장비를 이용하여 직사각 평면형태로 제조한 촉매는 에틸렌 및 프로필렌 수율이 각각 46.3, 15.5 중량%로 이들의 합이 61.8 중량 %이었으며, 수소 및 일산화탄소와 이산화탄소의 합의 수율은 각각 0.9, 1.2 중량% 이었다. 2시간 반응 후에 침적된 코크의 양은 15.1 중량%이었으며, 8시간 반응 후에 침적된 코크의 양은 29.5 중량%로 증가하였다.The catalyst prepared in the rectangular planar form of the LASIK ring composite catalyst of Example 4 using a low speed saw equipment had ethylene and propylene yields of 46.3 and 15.5 wt%, respectively, with a total of 61.8 wt% and hydrogen and carbon monoxide. The yields of sum of and carbon dioxide were 0.9 and 1.2 wt%, respectively. The amount of coke deposited after 2 hours of reaction was 15.1 wt% and the amount of coke deposited after 8 hours of reaction increased to 29.5 wt%.

그러나, 실시예 4의 복합촉매를 각각 0.5 M, 2.0 M, 4.0 M 농도의 질산구리수용액에 Dip coating하여 구리산화물이 담지된 실시예 5,6,7의 촉매들은 2시간 반응후의 에틸렌 및 프로필렌 수율의 합이 각각 62.9, 62.2, 62.8 중량%로 구리산화물이 담지되지 않은 실시예 4의 복합촉매와 비교하여 올레핀 수율이 비슷하거나 소폭 증가하였다. 이는 구리산화물이 복합촉매 표면에 담지되더라도 촉매의 활성은 계속해서 유지되고 있음을 보여주는 것이다. However, the catalysts of Examples 5, 6, and 7 in which copper oxide was supported by dip coating the composite catalyst of Example 4 in 0.5 M, 2.0 M, and 4.0 M concentrations of copper nitrate aqueous solution were obtained in ethylene and propylene yields after 2 hours of reaction. The total olefin yield was 62.9, 62.2, and 62.8 wt%, respectively, and the yield of the olefin was similar or increased slightly compared with that of the composite catalyst of Example 4, in which copper oxide was not supported. This shows that even though copper oxide is supported on the surface of the composite catalyst, the activity of the catalyst is maintained.

또한 8시간 반응후의 에틸렌 및 프로필렌 수율의 합은 거의 비슷하게 유지되었다. 촉매에 침적된 코크의 양은 각각 9.9, 7.4, 2.1 중량 %로 실시예 4의 15.1 중량%와 비교하여 현저히 감소하였으며, 질산구리수용액의 농도가 진해질수록 구리산화물의 담지량이 증가하여 촉매표면에 침적되는 코크의 양이 감소하였다. 8시간 반응 후에 촉매표면에 침적된 코크의 양 또한 실시예 6, 7에 보인 것과 같이 각각 13.0, 5.5 중량 %로 실시예 4의 29.5 중량%와 비교하여 매우 낮았다. 또한 구리산화물이 담지된 복합촉매에서는 완전산화반응의 생성물인 수소 및 일산화탄소와 이산화탄소의 수율이 실시예 4의 복합촉매와 비교하여 증가하지 않았다. In addition, the sum of ethylene and propylene yields after 8 hours of reaction remained almost the same. The amount of coke deposited on the catalyst was 9.9, 7.4 and 2.1 wt%, respectively, which was significantly reduced compared to 15.1 wt% of Example 4, and as the concentration of copper nitrate solution increased, the supported amount of copper oxide increased and deposited on the catalyst surface. The amount of coke to be reduced. The amount of coke deposited on the catalyst surface after 8 hours of reaction was also very low as compared to 29.5% by weight of Example 4 at 13.0 and 5.5% by weight, as shown in Examples 6 and 7. In addition, the yield of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide, which are the products of complete oxidation, did not increase in the composite catalyst loaded with copper oxide, compared with the composite catalyst of Example 4.

실시예 7의 촉매를 시험예 2와 동일한 조건으로 2시간 동안 헥산 접촉 수증기 열분해 반응에 사용한 후 회수하여 750 ℃, 공기분위기에서 2시간 동안 코크를 연소시켜 재생한 실시예 8의 촉매는 실시예 7과 올레핀 수율 및 선택도 등이 동일하였으며, 촉매표면에 침적되는 코크의 함량 또한 비슷하게 유지되었다. 이는 구리산화물이 코팅된 복합촉매가 탄화수소 접촉 수증기 열분해 반응에 사용된 후 표면에 침적된 코크만 산소분위기에서 제거하게 되면 촉매표면에 코팅된 구리산화물은 안정적으로 담지되어 있으며, 계속해서 재 사용이 가능함을 보이는 것이다.The catalyst of Example 7 was recovered by using the catalyst of Example 7 in the hexane-contact steam pyrolysis reaction under the same conditions as in Test Example 2, and recovered by burning the coke for 2 hours at 750 ° C. in an air atmosphere. And olefin yield and selectivity were the same, and the content of coke deposited on the catalyst surface was maintained similarly. This means that the copper oxide coated on the catalyst surface is stably supported and can be reused once the copper oxide-coated composite catalyst is used for hydrocarbon catalytic steam pyrolysis and then removed from the Cokeman oxygen atmosphere deposited on the surface. Will look.

Claims (25)

다음 화학식 1 내지 3, 및 4 로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 촉매와 실리콘 카바이드 담체가 혼합 소결된 복합촉매; 및 A composite catalyst in which at least one oxide catalyst and a silicon carbide carrier are mixed and sintered selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1 to 3 and 4; And 복합촉매의 표면에 담지된 구리산화물을 Copper oxide supported on the surface of the composite catalyst 포함하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매.Catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam, comprising. [화학식 1][Formula 1] CrZrjOx CrZr j O x 상기 화학식 1에서 j는 0.5≤j≤120, x는 j의 원자가 조건을 만족하는 수이다.In Formula 1, j is 0.5 ≦ j ≦ 120, and x is a number satisfying the valence condition of j. [화학식 2] [Formula 2] CrZrjAkOx CrZr j A k O x 상기 화학식 2에서 A는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 또는 희토류 금속이고,In Formula 2, A is Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe, or a rare earth metal, j는 0.5≤j≤120, k는 1<k≤50이고, x는 j, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, j/k가 0.5≤j/k≤5이다.j is 0.5 ≦ j ≦ 120, k is 1 <k ≦ 50, x is a number satisfying the valence condition of j and k, and j / k is 0.5 ≦ j / k ≦ 5. [화학식 3](3) CrZriPkOx CrZr i P k O x 상기 화학식 3에서, i는 0.1≤i≤50, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자 가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3이다.In Formula 3, i is 0.1≤i≤50, k is 0.5≤k≤100, x is a number satisfying the valence condition of i, k, i / k is 0.01≤ i / k≤3. [화학식 4][Formula 4] CrZriAjPkOx CrZr i A j P k O x 상기 화학식 4에서, A는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 또는 희토류 금속이고,In Formula 4, A is Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe or rare earth metal, i는 0.1≤i≤50, j는 0.01≤j≤30, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3이다.i is 0.1≤i≤50, j is 0.01≤j≤30, k is 0.5≤k≤100, x is a number satisfying the valence condition of i, k, i / k is 0.01≤i / k≤3 to be. 제1항에 있어서, 화학식 2 및 4의 A는 Ti인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매.The catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam according to claim 1, wherein A in Formulas 2 and 4 is Ti. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구리산화물은 산화구리(CuO)인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매.The catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam according to claim 1 or 2, wherein the copper oxide is copper oxide (CuO). 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 구리산화물 함량이 복합촉매 100중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매.The catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis according to claim 1 or 2, wherein the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam has a copper oxide content of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite catalyst. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄화수소 수증기 열분해용 촉매는 산화물 촉매 의 함량이 실리콘 카바이드 담체 100중량부를 기준으로 0.5 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매.The catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam according to claim 1 or 2, wherein the catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam is 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon carbide carrier. Cr 포함 화합물과 Zr 포함 화합물; 또는 Cr-Zr 포함 화합물에 물을 혼합하여 수용액을 제조하는 단계(a);Cr-containing compounds and Zr-containing compounds; Or (a) preparing an aqueous solution by mixing water with a Cr-Zr-containing compound; 수용액에 알칼리 또는 알칼리 수용액을 첨가하고 공침시켜 슬러리를 제조하는 단계(b);(B) adding an alkali or aqueous alkali solution to the aqueous solution and coprecipitation to prepare a slurry; 슬러리를 환류가열 또는 수열처리하는 단계(c);(C) heating the slurry to reflux or hydrothermal treatment; 환류가열 또는 수열처리된 슬러리를 여과, 건조 및 소성시킴으로써 다음 화학식 1 내지 3, 및 4 로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 촉매를 제조하는 단계(d); (D) preparing at least one oxide catalyst selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas (1) to (3) and (4) by filtering, drying, and calcining the reflux heated or hydrothermally treated slurry; 제조된 산화물 촉매의 분말과 실리콘 카바이드 담체의 분말을 혼합 소결하여 복합촉매를 제조하는 단계(e);(E) preparing a composite catalyst by mixing and sintering the powder of the prepared oxide catalyst and the powder of silicon carbide carrier; 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 단계(f); 및(F) supporting copper oxide on the surface of the composite catalyst; And 구리산화물이 담지된 복합촉매를 소성하는 단계(g)를Calcining the complex catalyst on which the copper oxide is supported (g) 포함하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.Method for producing a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam comprising. [화학식 1][Formula 1] CrZrjOx CrZr j O x 상기 화학식 1에서 j는 0.5≤j≤120, x는 j의 원자가 조건을 만족하는 수이다.In Formula 1, j is 0.5 ≦ j ≦ 120, and x is a number satisfying the valence condition of j. [화학식 2] [Formula 2] CrZrjAkOx CrZr j A k O x 상기 화학식 2에서 A는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 또는 희토류 금속이고,In Formula 2, A is Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe, or a rare earth metal, j는 0.5≤j≤120, k는 1<k≤50이고, x는 j, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, j/k가 0.5≤j/k≤5이다.j is 0.5 ≦ j ≦ 120, k is 1 <k ≦ 50, x is a number satisfying the valence condition of j and k, and j / k is 0.5 ≦ j / k ≦ 5. [화학식 3](3) CrZriPkOx CrZr i P k O x 상기 화학식 3에서, i는 0.1≤i≤50, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3이다.In Formula 3, i is 0.1≤i≤50, k is 0.5≤k≤100, x is a number satisfying the valence condition of i, k, i / k is 0.01≤i / k≤3. [화학식 4][Formula 4] CrZriAjPkOx CrZr i A j P k O x 상기 화학식 4에서, A는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 또는 희토류 금속이고,In Formula 4, A is Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe or rare earth metal, i는 0.1≤i≤50, j는 0.01≤j≤30, k는 0.5≤k≤100이고, x는 i, k의 원자가 조건을 만족하는 수이며, i/k가 0.01≤i/k≤3이다.i is 0.1≤i≤50, j is 0.01≤j≤30, k is 0.5≤k≤100, x is a number satisfying the valence condition of i, k, i / k is 0.01≤i / k≤3 to be. 제6항에 있어서, 단계(e)내에 복합촉매를 성형시키는 단계(h); 및 성형된 복 합촉매를 소결시키는 단계(i)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.7. The method of claim 6, further comprising the steps of (h) shaping the complex catalyst in step (e); And (i) sintering the molded composite catalyst. 제6항 또는 제7항에 있어서, 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 것은 딥 코팅법, 분무법, 증발 건조법, 단순 침적법, 흡착법, 및 고체상 반응법으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.8. The method of claim 6 or 7, wherein the support of copper oxide on the surface of the composite catalyst is performed by a method selected from the group consisting of dip coating, spraying, evaporation drying, simple deposition, adsorption, and solid phase reaction. Method for producing a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam, characterized in that. 제8항에 있어서, 복합촉매의 표면에 구리산화물을 담지시키는 것은 딥 코팅법 또는 증발 건조법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 열분해 촉매의 제조방법.The method for preparing a hydrocarbon pyrolysis catalyst according to claim 8, wherein the copper oxide is supported on the surface of the composite catalyst by a dip coating method or an evaporation drying method. 제8항에 있어서, 딥 코팅법, 분무법, 증발 건조법, 단순 침적법, 또는 흡착법은 질산구리, 황산구리, 수산화구리, 아세트산구리, 및 염화구리로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 구리염을 물 또는 유기용매에 용해시킨 구리염 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 8, wherein the dip coating method, the spraying method, the evaporation drying method, the simple deposition method, or the adsorption method comprises at least one copper salt selected from the group consisting of copper nitrate, copper sulfate, copper hydroxide, copper acetate, and copper chloride. A method for producing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst, characterized by using a copper salt solution dissolved in a solvent. 제10항에 있어서, 딥 코팅법은 구리염 용액의 구리염 몰농도가 0.01 내지 10M인 구리염 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 10, wherein the dip coating method uses a copper salt solution having a copper salt molar concentration of 0.01 to 10 M in a copper salt solution. 제10항에 있어서, 유기용매는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 헥실렌 글리콜, 부탄디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 1,2-펜탄디올, 및 1,2-헥산디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The organic solvent of claim 10, wherein the organic solvent is ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, hexylene glycol, butanediol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,2- Pentanediol, and 1,2-hexanediol, a method for producing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst, characterized in that at least one member selected from the group consisting of. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단계(a)의 알칼리는 암모니아, 모노에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 탄산칼륨, 및 탄산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 6 or 7, wherein the alkali of step (a) is at least one compound selected from the group consisting of ammonia, monoethanol amine, triethanol amine, potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonium hydroxide, potassium carbonate, and sodium carbonate. Method for producing a catalyst for pyrolysis of hydrocarbon steam, characterized in that. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단계(a)는 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속 화합물을 더욱 추가하여 수용액을 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.8. The method of claim 6 or 7, wherein step (a) further comprises a metal compound comprising at least one member selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals. Method for producing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst, characterized in that the step of preparing an aqueous solution. 제14항에 있어서, 단계(a)는 Ti을 포함하는 금속 화합물을 더욱 추가하여 수용액을 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.15. The method of claim 14, wherein step (a) further comprises adding a metal compound containing Ti to prepare an aqueous solution. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단계(a)의 Cr 포함 화합물, Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물은 Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The group of claim 6 or 7, wherein the Cr-comprising compound, Zr-comprising compound or Cr-Zr-comprising compound of step (a) is composed of Ti, Nb, Mo, V, Co, Ni, W, Fe and rare earth metals. A method for producing a hydrocarbon steam pyrolysis catalyst, characterized in that the compound further comprises one or more selected from. 제16항에 있어서, 단계(a)의 Cr 포함 화합물, Zr 포함 화합물 또는 Cr-Zr 포함 화합물은 Ti을 추가로 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 16, wherein the Cr-containing compound, Zr-containing compound or Cr-Zr-containing compound of step (a) is a compound further comprising Ti. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단계(d)의 소성은 750 내지 1600℃의 온도에서 4 내지 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 6 or 7, wherein the calcining of step (d) is performed for 4 to 24 hours at a temperature of 750 to 1600 ° C. 제6항 또는 7항에 있어서, 단계(g)의 소성은 800 내지 1200℃의 온도에서 4 내지 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.8. The method of claim 6, wherein the calcining of step (g) is performed for 4 to 24 hours at a temperature of 800 to 1200 ° C. 9. 제6항에 있어서, 단계(e)의 소결은 800 내지 2000℃의 온도에서 2 내지 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 6, wherein the sintering of step (e) is carried out for 2 to 24 hours at a temperature of 800 to 2000 ° C. 제7항에 있어서, 단계(e) 또는 단계(i)의 소결은 800 내지 2000℃의 온도에서 2 내지 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 수증기 열분해용 촉매의 제조방법.The method of claim 7, wherein the sintering of step (e) or step (i) is carried out at a temperature of 800 to 2000 ° C. for 2 to 24 hours. 제1항 또는 제2항의 탄화수소 수증기 열분해용 촉매 존재 하에 탄화수소를 수증기 열분해하여 올레핀을 제조하는 올레핀의 제조방법.A method for producing an olefin, wherein the hydrocarbon is steam pyrolyzed in the presence of the catalyst for hydrocarbon steam pyrolysis of claim 1. 제22항에 있어서, 탄화수소 수증기 열분해는 반응온도가 600 내지 1000℃이고, 수증기/탄화수소의 중량비율이 0.3 내지 1.0이며, 공간속도(LHSV)가 1 내지 20 hr-1인 것을 특징으로 하는 올레핀의 제조방법.23. The method according to claim 22, wherein the pyrolysis of hydrocarbon steam has a reaction temperature of 600 to 1000 ° C, a weight ratio of water vapor / hydrocarbon to 0.3 to 1.0, and a space velocity (LHSV) of 1 to 20 hr −1 . Manufacturing method. 제23항에 있어서, 탄화수소 수증기 열분해 생성물은 에틸렌/프로필렌 비가 1.5 내지 1.7인 것을 특징으로 올레핀의 제조방법.24. The process of claim 23, wherein the hydrocarbon steam pyrolysis product has an ethylene / propylene ratio of 1.5 to 1.7. 제22항에 있어서, 수증기 열분해는 고정층 반응기, 유동층 반응기, 및 이동상 반응기로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 올레핀의 제조방법.23. The process of claim 22, wherein steam pyrolysis is carried out by a reactor selected from the group consisting of a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, and a mobile bed reactor.
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