KR101359973B1 - Transalkylation Catalyst for Producing Mixed Xylene from Aromatic Compounds - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향족 화합물로부터 혼합 자일렌을 생산하기 위한 트랜스 알킬화 촉매에 관한 것으로서, 제올라이트 담체 상에 백금과 코발트, 몰리브데늄 또는 코발트 및 몰리브데늄이 담지된 트랜스 알킬화 촉매를 제공한다.
본 발명에 따른 촉매를 사용함으로써, 톨루엔, C9 및 C9+등과 같은 방향족 혼합물로부터 트랜스알킬화 반응에 의해 혼합 자일렌을 생성함에 있어서, 촉매의 산점을 일정하게 유지하면서 촉매에 수소화 기능을 부여할 수 있고, 내황성을 가져, 방향족 화합물로부터 트랜스 알킬화 반응에 의한 혼합 자일렌 생산을 높은 수율을 얻을 수 있고, 또, 촉매의 장기 안정성을 확보할 수 있다.
The present invention relates to a transalkylation catalyst for producing mixed xylenes from aromatic compounds, and provides a transalkylation catalyst supported on platinum zeolite with support for platinum and cobalt, molybdenum or cobalt and molybdenum.
By using the catalyst according to the present invention, in the production of mixed xylene by transalkylation reaction from an aromatic mixture such as toluene, C9, C9 + and the like, it is possible to give the catalyst a hydrogenation function while keeping the acid point of the catalyst constant, It has sulfur resistance, high yield can be obtained from mixed xylene production by transalkylation reaction from aromatic compound, and long-term stability of the catalyst can be ensured.

Description

방향족 화합물로부터 자일렌 생산을 위한 트랜스 알킬화 촉매{Transalkylation Catalyst for Producing Mixed Xylene from Aromatic Compounds}Transalkylation Catalyst for Producing Mixed Xylene from Aromatic Compounds}

본 발명은 톨루엔, C9 및 C9+ 방향족 화합물로부터 혼합 자일렌을 생산하기 위한 트랜스 알킬화 촉매 개발에 관한 것이다.The present invention relates to the development of transalkylation catalysts for producing mixed xylenes from toluene, C9 and C9 + aromatic compounds.

자일렌의 이성질체는 para-자일렌, ortho-자일렌, meta-자일렌이 있으며, 이들 혼합 자일렌 이성체들은 석유화학공업에서 주요한 기초 유분으로 사용된다. 특히, 자일렌은 대부분이 폴리에스테르와 PET의 기초 원료로 사용되고 있다. 최근 자일렌에 대한 중국의 수요가 늘어나면서 전세계 자일렌의 수요가 증가하였으며, 그로 인하여 자일렌의 가격이 상승하였다.
Isomers of xylene are para-xylene, ortho-xylene and meta-xylene, and these mixed xylene isomers are used as the main basic oils in the petrochemical industry. In particular, xylene is mostly used as a basic raw material of polyester and PET. Recently, as China's demand for xylene increased, the demand for xylene around the world increased, which led to an increase in the price of xylene.

전통적인 자일렌 제조 공정은 벤젠 및/또는 톨루엔이 1,2,4-트리메틸벤젠과 같은 탄소수 9 이상의 방향족 화합물(이하, C9+ 방향족 화합물이라 한다.)과 트랜스 알킬화에 의해 제조될 수 있다. 자일렌 제조의 다른 공정으로는 자일렌 이성체화에 의한 자일렌 제조 및 톨루엔의 불균등화 반응에 의해 자일렌과 벤젠을 생성하는 방법이 있다.
Traditional xylene manufacturing processes can be prepared by transalkylation of benzene and / or toluene with aromatic compounds having 9 or more carbon atoms (hereinafter referred to as C9 + aromatic compounds) such as 1,2,4-trimethylbenzene. Other processes of xylene production include xylene production by xylene isomerization and a method of producing xylene and benzene by disproportionation of toluene.

혼합 자일렌을 생성하기 위한 트랜스 알킬화 반응에 사용되는 촉매로는 제올라이트와 같은 산점 촉매, 금속 촉매 또는 귀금속 촉매 등을 들 수 있다. 이중, 산점 촉매로서는 모더나이트, 베타, USY, ZSM-5 등이 있으며, 금속 촉매로서는 니켈, 마그네슘, 망간, 코발트, 크롬, 아연, 갈륨, 텅스텐, 주석, 몰리브데늄, 납, 철 등과 같은 VIB, VIII족 금속 중 하나 또는 그 이상의 혼합 촉매를 사용할 수 있다. 또한, 귀금속 촉매로서는 Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Ir의 군으로부터 선택된 하나 이상의 귀금속을 사용할 수 있으며, 나아가 금속 촉매와 귀금속 촉매를 동시에 사용할 수도 있다.
As a catalyst used in the transalkylation reaction for producing mixed xylene, an acid point catalyst such as zeolite, a metal catalyst or a noble metal catalyst may be mentioned. Among these, acid spot catalysts include mordenite, beta, USY, ZSM-5, and metal catalysts, such as nickel, magnesium, manganese, cobalt, chromium, zinc, gallium, tungsten, tin, molybdenum, lead, iron, and the like. One or more mixed catalysts of the Group VIII metals may be used. As the noble metal catalyst, one or more precious metals selected from the group of Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Ir can be used, and further, a metal catalyst and a noble metal catalyst can be used simultaneously.

미국 특허 제4,083,886호는 톨루엔과 방향족 화합물의 트랜스 알킬화를 위한 촉매 개발에 관한 것으로 암모니아수로 처리된 모더나이트를 무기질의 산화물 바인더로 성형한 촉매의 제조방법이 기재되어 있다. 그러나, 이와 같은 촉매를 사용하여 트랜스 알킬화 반응을 수행하는 경우, C9+ 이상의 방향족 화합물이 반응물에 존재할 때, 모더나이트의 표면에 코크가 생성되어 촉매의 활성을 급속히 비활성화 시킬 수 있다. 또한, 반응물에 황 불순물이 포함되어 있는 경우 촉매의 활성점을 비활성화시켜 촉매의 활성을 낮추거나 촉매의 안정성이 열악하게 된다.
U.S. Patent No. 4,083,886 relates to the development of a catalyst for transalkylation of toluene and aromatic compounds and describes a process for preparing a catalyst in which mordenite treated with ammonia water is formed into an inorganic oxide binder. However, when the transalkylation reaction is performed using such a catalyst, when an aromatic compound of C9 + or more is present in the reactant, coke may be generated on the surface of the mordenite to rapidly deactivate the activity of the catalyst. In addition, when sulfur reactants are included in the reactants, the active point of the catalyst is inactivated to lower the activity of the catalyst or the stability of the catalyst is poor.

또, 미국 특허 제6,613,709호 및 제6,864,400호는 선택적으로 주기율표의 III족 및 IV족, 바람직하게는 인듐 및 주석으로부터 선택된 하나 이상의 금속과 함께, 제올라이트 및 VIIB 족, VIB 족 및 이리듐으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 트랜스알킬화 촉매를 개시한다.Further, US Pat. Nos. 6,613,709 and 6,864,400 optionally include one or more metals selected from zeolites and VIIBs, VIBs and iridium, together with one or more metals selected from Groups III and IV, preferably indium and tin of the Periodic Table. Disclosed is a transalkylation catalyst comprising a.

일반적으로 톨루엔 및 C9 및 C9+ 방향족 화합물을 반응물로 하여 트랜스 알킬화 반응에 의하여 혼합 자일렌을 제조할 경우, C9+의 방향족 화합물에 의해 촉매의 표면 산점에서 중합반응이 진행되어 올리고머나 코크가 생성되며, 이로 인해 촉매의 비활성화가 급격하게 발생하게 된다.
Generally, when mixed xylene is prepared by a transalkylation reaction using toluene and C9 and C9 + aromatic compounds as a reactant, the polymerization reaction proceeds at the surface acid point of the catalyst by the aromatic compound of C9 + to form oligomers or cokes. This leads to a sudden deactivation of the catalyst.

이에, 본 발명은 톨루엔 및 C9 및 C9+ 방향족 화합물을 반응물로 하여 트랜스 알킬화 반응에 의하여 혼합 자일렌을 제조함에 있어서 사용되는 촉매를 개선함으로써 혼합 자일렌의 수율을 향상시키고, 트랜스 알킬화 반응의 안정성을 개선하고자 한다.
Accordingly, the present invention improves the yield of mixed xylene and improves the stability of the transalkylation reaction by improving the catalyst used in preparing mixed xylene by transalkylation reaction using toluene and C9 and C9 + aromatic compounds as reactants. I would like to.

나아가, 반응물에 황이 포함되어 있는 경우에도 황에 대한 촉매의 반응 안정성을 개선하여 안정적으로 트랜스 알킬화 반응을 행할 수 있는 촉매를 제공하고자 한다.Furthermore, even when sulfur is included in the reactants, it is desirable to provide a catalyst capable of stably transalkylating by improving the reaction stability of the catalyst against sulfur.

본 발명은 방향족 화합물로부터 혼합 자일렌을 생성하는데 사용되는 트랜스 알킬화 촉매로서, 제1 구현예에 따르면, 제올라이트 담체 상에 백금과 코발트, 몰리브데늄 또는 코발트 및 몰리브데늄이 담지된 트랜스 알킬화 촉매가 제공된다.The present invention relates to a transalkylation catalyst used to generate mixed xylenes from aromatic compounds. According to a first embodiment, a transalkylation catalyst comprising platinum and cobalt, molybdenum or cobalt and molybdenum supported on a zeolite carrier is provided. Is provided.

본 발명의 제2 구현예에 따르면, 상기 제올라이트 담체는 모더나이트형 제올라이트, 베타 제올라이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다.According to a second embodiment of the present invention, the zeolite carrier may be a mordenite zeolite, beta zeolite or a mixture thereof.

본 발명의 제3 구현예에 따르면, 상기 제올라이트 담체는 실리카와 알루미나의 몰비가 10 내지 250:1일 수 있다.According to a third embodiment of the present invention, the zeolite carrier may have a molar ratio of silica to alumina of 10 to 250: 1.

본 발명의 제4 구현예에 따르면, 상기 제올라이트 담체 중량에 대하여 상기 백금이 0.01~1.0중량% 담지되고, 상기 코발트, 몰리브데늄 또는 이들의 혼합물이 0.1~5.0중량%로 담지된 것일 수 있다.According to the fourth embodiment of the present invention, the platinum may be supported by 0.01 to 1.0% by weight based on the weight of the zeolite carrier, and the cobalt, molybdenum or a mixture thereof may be supported by 0.1 to 5.0% by weight.

톨루엔, C9 및 C9+등과 같은 방향족 혼합물로부터 트랜스알킬화 반응에 의해 혼합 자일렌을 생성함에 있어서, 본 발명에 따른 촉매를 사용함으로써, 촉매의 산점을 일정하게 유지하면서 촉매에 수소화 기능을 부여할 수 있다.
In producing mixed xylenes by transalkylation reactions from aromatic mixtures such as toluene, C9, C9 + and the like, by using the catalyst according to the present invention, it is possible to give the catalyst a hydrogenation function while keeping the acid point of the catalyst constant.

이에 의해 반응물에 방향족 화합물로부터 트랜스 알킬화 반응에 의한 혼합 자일렌 생산을 높은 수율을 얻을 수 있고, 또, 촉매의 장기 안정성을 확보할 수 있다.
As a result, a high yield of mixed xylene production by transalkylation reaction from an aromatic compound to the reactant can be obtained, and long-term stability of the catalyst can be ensured.

나아가, 반응물에 황을 포함하는 불순물이 존재하더라도 트랜스 알킬화 반응에 의한 혼합 자일렌 생산을 안정적으로 수행할 수 있어, 일정한 수율을 얻을 수 있다.Furthermore, even if sulfur-containing impurities are present in the reactants, mixed xylene production can be stably performed by a transalkylation reaction, thereby obtaining a constant yield.

도 1은 비교예 1, 실시예 2 및 3에서 혼합자일렌을 생성함에 있어서, 반응시간에 따른 혼합자일렌의 생성 수율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 실시예 4에서 혼합자일렌을 생성함에 있어서, 반응시간에 따른 혼합자일렌의 생성 수율을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the production yield of mixed xylenes according to reaction time in producing mixed xylenes in Comparative Examples 1, 2 and 3. FIG.
2 is a graph showing the yield of mixed xylene according to the reaction time in producing mixed xylene in Example 1 and Example 4.

본 발명은 톨루엔과 1,2,4-TMB(C9) 및 나프탈렌(C10)과 같은 C9+의 방향족 화합물로부터 트랜스 알킬화 반응을 통해 혼합 자일렌을 안정적으로 제조할 수 있는 촉매에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst capable of stably preparing mixed xylenes through transalkylation reactions from toluene and C9 + aromatic compounds such as 1,2,4-TMB (C9) and naphthalene (C10).

본 발명에 있어서 상기 촉매로서는 귀금속과 금속을 제올라이트 담체에 담지시켜 촉매의 안정성을 향상시킬 수 있다.
In the present invention, as the catalyst, the stability of the catalyst can be improved by supporting a noble metal and a metal on the zeolite carrier.

톨루엔을 1,2,4-트리메틸벤젠과 같은 C9의 방향족 화합물 및 나프탈렌과 같은 C10 이상의 방향족 화합물 등의 C9+ 방향족 화합물과 반응시켜 트랜스 알킬화 반응을 통해 혼합 자일렌을 제조할 수 있다. 그러나, 실제 반응에서는 제조된 촉매에서 반응물로부터 톨루엔의 불균등화 반응과 톨루엔과 C9 반응물간의 트랜스 알킬화 반응이 동시에 일어난다. 하지만, 정확하게 반응물로부터 얼마의 비율로 불균등화 및 트랜스 알킬화 반응이 일어나는지는 본 발명의 주요 관심이 아니기 때문에, 여기에서는 구체적으로 언급하지 않으며, 대표반응으로서 트랜스 알킬화 반응만을 언급하고자 한다.
Toluene may be reacted with C9 + aromatic compounds such as C9 aromatic compounds such as 1,2,4-trimethylbenzene and C10 or more aromatic compounds such as naphthalene to prepare mixed xylenes through transalkylation reactions. However, in the actual reaction, the disproportionation of toluene from the reactants and the transalkylation reaction between the toluene and the C9 reactant occur simultaneously in the prepared catalyst. However, precisely how much disproportionation and transalkylation reactions occur from the reactants is not the main concern of the present invention, and therefore is not specifically mentioned here, and only transalkylation reactions are intended to be mentioned as representative reactions.

톨루엔과 C9 방향족 화합물의 트랜스 알킬화 반응에 사용되는 촉매에 있어서, 담체로는 제올라이트를 사용할 수 있다. 이러한 제올라이트 담체로서 모더나이트(mordenite)형 제올라이트 및 베타(beta, β)형 제올라이트를 사용할 수 있다. 이들은 기공 구조가 약 6.5Å × 7.0Å으로서, 큰 기공을 갖는다. 따라서 반응 혼합물들이 상기 기공을 충분히 통과할 수 있어 기공 내부가 반응 장소를 적합하게 제공할 수 있다. 그러나, ZSM-5형 제올라이트 담체는 기공 구조가 작아 반응물이 내부로 들어갈 수 없어 대부분 표면에서 반응이 진행된다고 보고되고 있어, 촉매 담체로는 적합하지 않다.
In the catalyst used for the transalkylation reaction of toluene and C9 aromatic compound, zeolite can be used as a carrier. As such a zeolite carrier, mordenite zeolite and beta (beta, β) zeolite can be used. They have a pore structure of about 6.5 kV x 7.0 kV and have large pores. Thus, the reaction mixtures can sufficiently pass through the pores so that the interior of the pores can suitably provide a reaction site. However, the ZSM-5 type zeolite carrier has a small pore structure, and since the reactant cannot enter the reaction, most of the reactions are reported on the surface thereof, which is not suitable as a catalyst carrier.

상기 제올라이트 담체의 실리카와 알루미나가 10 내지 250:1의 몰비를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 실리카/알루미나 몰비율이 10:1 미만이면 촉매의 산점이 너무 강하기 때문에 반응활성이 너무 강하게 되어 부반응 생성물이 증가하게 되고, 촉매의 비활성화가 급격하게 일어나는 문제가 발생된다. 그리고, 실리카/알루미나 몰비율이 250:1을 초과하는 경우에는 촉매의 반응활성이 약하여 혼합 자일렌의 수율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
It is preferable that the silica and alumina of the zeolite carrier have a molar ratio of 10 to 250: 1. If the silica / alumina molar ratio outside the above range is less than 10: 1 because the acid point of the catalyst is too strong, the reaction activity is too strong to increase the side reaction product, there is a problem that the deactivation of the catalyst suddenly occurs. In addition, when the silica / alumina mole ratio exceeds 250: 1, the reaction activity of the catalyst is weak, which may cause a problem of decreasing the yield of mixed xylene.

상기 제올라이트 담체 중에서 모더나이트형 제올라이트는 나트륨, 질산암모늄 또는 수소 형태(H 타입)의 제올라이트를 사용할 수 있다. 이와 같은 제올라이트는 나트륨, 질산암모늄, 수소 형태이냐에 따라서 산점이 달라지게 되는데, 이러한 산점은 촉매의 활성에 영향을 미치는 중요 인자이다. 따라서 경우에 따라서는 모더나이트형 제올라이트에 촉매 산점을 부여하기 위해 이온교환과 소성을 수행함으로써 수소 형태의 모더나이트로 전환된 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
Among the zeolite carriers, the mordenite zeolite may use a zeolite in the form of sodium, ammonium nitrate, or hydrogen (H type). These zeolites have different acid points depending on whether they are in the form of sodium, ammonium nitrate or hydrogen, which are important factors affecting the activity of the catalyst. Therefore, in some cases, it is more preferable to use the one converted to mordenite in the hydrogen form by performing ion exchange and calcination to give a catalyst acid point to the mordenite zeolite.

한편, 혼합 자일렌을 생성하기 위한 반응물 중에 존재하는 나프탈렌 등의 이환 방향족 화합물과 같은 C9+ 방향족 화합물은 트랜스 알킬화 반응이 촉매 존재 하에서 진행될 경우, 촉매의 내부 또는 외부 산점에서 커플링 반응이 진행되어 반응물끼리 올리고머화가 일어날 수 있으며, 이 경우 촉매의 기공을 막거나 촉매의 산점을 차단하여 촉매의 비활성화를 촉진시키게 된다.
On the other hand, C9 + aromatic compounds, such as bicyclic aromatic compounds such as naphthalene, present in the reactants for producing mixed xylene, when the transalkylation reaction proceeds in the presence of a catalyst, the coupling reaction proceeds at the internal or external acid point of the catalyst, Oligomerization can occur, in which case pores of the catalyst or blocking acid sites of the catalyst promote catalyst deactivation.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 촉매의 표면 또는 내부의 산점에서 반응물들이 중합반응이 진행되지 않도록 수소화 반응을 유도할 필요가 있다. 이를 위해 촉매의 표면에서 수소화 기능을 부여할 수 있도록 촉매들을 효과적으로 선택하여 지지시키는 것이 매우 중요하다.
Therefore, in order to solve this problem, it is necessary to induce a hydrogenation reaction so that the reactants do not proceed at the acid point of the surface or the inside of the catalyst. For this purpose, it is very important to effectively select and support the catalysts to impart hydrogenation function on the surface of the catalyst.

또한, 반응 원료물 중에 황을 함유하는 성분이 포함되어 있을 경우 담지 촉매들의 비활성화를 촉진시킴으로써 상기와 같은 수소화 기능을 약화시키고, 결국 촉매의 비활성화를 유발하게 된다.
In addition, when sulfur-containing components are included in the reaction raw materials, the deactivation of the supported catalysts is impaired, thereby deteriorating the hydrogenation function and inducing the catalyst.

이를 위해, 본 발명에서는 상기 담체 상에 수소화 촉매로서 Pt, Pd, Au, Ru 등과 같은 귀금속을 사용할 수 있으며, 그 중에서 Pt가 수소화 기능을 부여하는데 가장 적합하다.
To this end, in the present invention, a noble metal such as Pt, Pd, Au, Ru, etc. may be used as the hydrogenation catalyst on the carrier, and Pt is most suitable for imparting a hydrogenation function.

이와 같은 백금 촉매는 제올라이트 담체의 중량에 대하여 0.01 내지 1.0중량%로 담지되는 것이 바람직하다. 0.1중량% 미만으로 포함되는 경우에는 충분한 수소화 기능을 부여할 수 없어 촉매의 표면 또는 내부의 산점에서 반응물들이 중합반응으로 인한 촉매의 비활성화를 억제할 수 없으며, 1.0중량%를 초과하는 경우에는 추가적인 효과의 상승이 얻어지지 않으며, 더 강한 수소화 기능으로 인하여 방향족 화합물들의 고리 손실이 발생하게 된다. 또한, 고가인 귀금속 촉매의 사용량이 증가하여 비용 증대를 초래할 뿐이다.
Such platinum catalyst is preferably supported by 0.01 to 1.0% by weight relative to the weight of the zeolite carrier. When included in less than 0.1% by weight it is not possible to give sufficient hydrogenation function, the reactants at the acidic point of the surface or the inside of the catalyst can not inhibit the deactivation of the catalyst due to the polymerization reaction, if more than 1.0% by weight additional effects An increase in is not obtained, and a stronger loss of hydrogenation results in ring loss of aromatic compounds. In addition, the use of expensive precious metal catalysts only increases, resulting in increased costs.

한편, 촉매로서 상기 Pt를 사용할 경우, Pt는 강력한 수소화 기능을 갖는데, 이와 같은 강력한 수소화 기능으로 인해 반응물인 방향족 반응물들의 고리가 깨지게 되어 생성물의 수율을 떨어트릴 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, Pt의 수소화 기능을 제어할 수 있는 촉매가 필요하며, 이를 위해 본 발명에서는 제2의 금속을 백금과 함께 제올라이트형 담체에 도입하는 것이 바람직하다. 상기 제2의 금속으로는 코발트와 몰리브데늄을 들 수 있다.
On the other hand, when using the Pt as a catalyst, Pt has a strong hydrogenation function, such a strong hydrogenation function may break the ring of the aromatic reactants as a reactant may reduce the yield of the product. In order to solve this problem, a catalyst capable of controlling the hydrogenation function of Pt is required, and for this purpose, it is preferable to introduce a second metal into the zeolite carrier together with platinum. Cobalt and molybdenum are mentioned as said 2nd metal.

상기 제2 금속은 제올라이트 담체의 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%로 담지되는 것이 바람직하다. 상기 제2 금속의 사용량이 1.0중량% 미만으로 사용되는 경우에는 촉매의 수소화 기능을 충분히 제어할 수 없으며, 5중량%를 초과하는 경우에는 백금의 수소화 기능을 상실하게 되어 촉매가 비활성화되는 문제가 있다.
The second metal is preferably supported by 0.1 to 5% by weight based on the weight of the zeolite carrier. When the amount of the second metal used is less than 1.0% by weight, the hydrogenation function of the catalyst cannot be sufficiently controlled. When the amount of the second metal is more than 5% by weight, the hydrogenation function of platinum is lost and the catalyst is inactivated. .

한편, 상기 백금과 코발트 또는 몰리브데늄이 담지된 촉매에는 니켈포스파이트, 텅스텐카바이드, 몰리브데늄설파이드 또는 이들의 혼합물이 추가로 담지될 수 있다. 이들 니켈포스파이트, 텅스텐카바이드, 몰리브데늄설파이드는 수소화 및 탈황 기능을 동시에 가지고 있는 것으로서, 백금과 코발트 또는 몰리브데늄이 담지된 촉매에 추가로 니켈포스파이트를 담지함으로써 수소화 기능 및 탈황 기능을 보다 강화할 수 있어, 트랜스 알킬화 반응을 위한 반응물이 황을 함유하는 경우에 내황성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
Meanwhile, nickel phosphite, tungsten carbide, molybdenum sulfide, or a mixture thereof may be further supported on the catalyst in which platinum and cobalt or molybdenum are supported. These nickel phosphites, tungsten carbide, and molybdenum sulfide have hydrogenation and desulfurization functions simultaneously, and further support hydrogenation and desulfurization functions by supporting nickel phosphite on a catalyst supported with platinum and cobalt or molybdenum. It can be strengthened so that the sulfur resistance can be further improved when the reactants for the transalkylation reaction contain sulfur.

이때, 상기 니켈포스파이트, 텅스텐카바이드, 몰리브데늄설파이드 또는 이들의 혼합물은 상기 제올라이트 담체에 담지되는 성분의 총량이 담체 중량에 대하여 7.0중량% 이하가 되도록 하는 함량으로 담지되는 것이 바람직하다. 담체 중량에 대하여 전체 촉매 성분의 함량이 7.0중량%를 초과하는 경우에는 니켈포스타이트나 텡스텐카바이드 또는 몰리브데늄설파이드가 제올라이트의 기공 또는 산점을 차단하여 촉매 활성을 저해할 수 있다.
In this case, the nickel phosphite, tungsten carbide, molybdenum sulfide or a mixture thereof is preferably supported in an amount such that the total amount of the components supported on the zeolite carrier is 7.0% by weight or less based on the weight of the carrier. If the content of the total catalyst component exceeds 7.0% by weight based on the weight of the carrier, nickel posterite, tungsten carbide or molybdenum sulfide may inhibit the catalytic activity by blocking the pore or acid point of the zeolite.

이와 같이 모더나이트형 제올라이트 담체에 백금 및 코발트를 담지함으로써 혼합 자일렌을 제조함에 있어서, 모더나이트형 촉매의 산점을 일정 유지하면서 수소화 기능을 부여할 수 있어 안정적으로 트랜스 알킬화 반응을 도모할 수 있으며, 이에 의한 혼합 자일렌의 제조 수율을 높일 수 있다. 나아가, 반응물에 황 불순물을 함유하더라도 내황성을 도모할 수 있어, 안정적으로 트랜스 알킬화 반응에 의한 혼합 자일렌을 제조할 수 있다.
As described above, in the preparation of mixed xylene by supporting platinum and cobalt on a mordenite zeolite carrier, the hydrogenation function can be imparted while maintaining the acid point of the mordenite catalyst, and thus the transalkylation reaction can be stably achieved. Thereby, the manufacturing yield of mixed xylene can be improved. Furthermore, even if it contains sulfur impurity in a reactant, sulfur resistance can be aimed at and it can manufacture the mixed xylene by transalkylation reaction stably.

실시예Example

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명을 위한 것으로서, 본 발명의 광범위한 형태를 제한하고자 하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The following examples are illustrative only and are not intended to limit the broad form of the present invention.

하기 실시예에서 다른 언급이 있거나 문맥상 명백한 경우를 제외하고는 액체 및 고체의 모든 %는 중량으로 나타낸다.
All percentages of liquids and solids are by weight, except where noted in the examples below or otherwise obvious in the context.

실시예Example 1 One

실리카/알루미나의 몰 비율이 20인 H 타입의 모더나이트형 제올라이트 담체(MOR)를 Co(NO3)2·6H2O 수용액에 함침하여 상기 담체 상에 담체 중량에 대하여 0.5중량%의 코발트를 담지하였다. H type mordenite zeolite carrier (MOR) having a molar ratio of silica / alumina of 20 was impregnated in an aqueous solution of Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O to support 0.5 wt% of cobalt based on the weight of the carrier on the carrier. It was.

상기 코발트가 담지된 H 타입의 모더나이트형 제올라이트 담체를 500℃에서 2시간 동안 열처리를 수행하였다. The cobalt-supported H type mordenite zeolite carrier was heat-treated at 500 ° C. for 2 hours.

상기 코발트가 담지된 H 타입의 모더나이트형 담체를 H2PtCl6 수용액에 함침하여 코발트/모데나이트의 촉매에 담체 중량에 대하여 0.05중량%의 백금을 담지하였다. The cobalt-supported H type mordenite carrier was impregnated in an aqueous solution of H 2 PtCl 6 to support 0.05 wt% platinum based on the weight of the carrier in the catalyst of cobalt / mordenite.

상기 Pt가 담지된 코발트/모더나이트를 500℃에서 2시간 동안 열처리를 수행하여 H 타입의 모더나이트형 제올라이트 담체 상에 코발트 및 백금이 담지된 최종 촉매를 얻었다.
The Pt-supported cobalt / mordenite was heat-treated at 500 ° C. for 2 hours to obtain a final catalyst on which the cobalt and platinum were supported on the H type mordenite zeolite carrier.

상기 얻어진 촉매를 사용하여 다음과 같은 방법으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매의 성능을 테스트하였다.The transalkylation reaction was carried out using the catalyst obtained in the following manner and the performance of the catalyst was tested.

상기 얻어진 촉매 1.0g(20~30mesh)을 고정층 반응기에 충진시키고, 반응기 압력을 30bar로 유지한 후에 400℃에서 2시간 동안 촉매를 수소로 환원하였다. 1.0 g (20-30 mesh) of the obtained catalyst was charged in a fixed bed reactor, and the catalyst was reduced to hydrogen at 400 ° C. for 2 hours after maintaining the reactor pressure at 30 bar.

이어서, 톨루엔과 1,2,4-트리메틸벤젠(1,2,4-TMB)을 몰비 50:50으로 포함하는 방향족 화합물을 트랜스 알킬화 반응 원료로 사용하고, 고압펌프를 이용하여 상기 반응기에 투입한 후, 표 1에 기재된 바와 같은 반응 조건으로 반응을 수행하였다. Subsequently, an aromatic compound containing toluene and 1,2,4-trimethylbenzene (1,2,4-TMB) in a molar ratio of 50:50 was used as a transalkylation reaction raw material, and a high pressure pump was added to the reactor. Thereafter, the reaction was carried out under reaction conditions as described in Table 1.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
The product obtained by the above reaction and its content are shown in Table 1 below.

실시예Example 2 2

톨루엔과 1,2,4-트리메틸벤젠 및 나프탈렌을 27:70:3으로 포함하는 방향족 화합물을 트랜스 알킬화 반응 원료로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법 및 반응조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하여, 그 촉매 성능을 테스트하였다.
The transalkylation reaction was carried out in the same manner and in the same manner as in Example 1, except that an aromatic compound containing toluene, 1,2,4-trimethylbenzene and naphthalene at 27: 70: 3 was used as a raw material for transalkylation reaction. The catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
The product obtained by the above reaction and its content are shown in Table 1 below.

실시예Example 3 3

실리카/알루미나의 몰 비율이 20인 H 타입의 모더나이트형 제올라이트 담체를 H3Mo12O40P·xH2O 수용액에 함침하여 상기 담체 상에 담체 중량에 대하여 0.5 중량%의 몰리브데늄을 담지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 몰리브데늄 및 백금이 담지된 최종 촉매를 얻었다.
A H type mordenite zeolite carrier having a molar ratio of silica / alumina of 20 was impregnated in an aqueous solution of H 3 Mo 12 O 40 P · xH 2 O to support 0.5 wt% molybdenum based on the weight of the carrier on the carrier. Except for one, the final catalyst on which molybdenum and platinum were supported was obtained in the same manner as in Example 1.

상기 얻어진 촉매를 실시예 2와 동일한 방법 및 조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매 성능을 테스트하였다. The obtained catalyst was subjected to a transalkylation reaction in the same manner and conditions as in Example 2, and the catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량(중량%)을 하기 표 1에 나타내었다.
The product obtained by the above reaction and its content (% by weight) are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 반응조건Reaction condition 온도: 400℃, 압력: 30 kg/cm2, WHSV = 2.4hr-1, H2/HC = 3Temperature: 400 ° C., Pressure: 30 kg / cm 2 , WHSV = 2.4hr -1 , H 2 / HC = 3 반응물, 몰비(%)Reactant, molar ratio (%) 톨루엔:1,2,4-TMB=50:50Toluene: 1,2,4-TMB = 50: 50 톨루엔:1,2,4-TMB:나프탈렌= 27:70:3Toluene: 1,2,4-TMB: naphthalene = 27: 70: 3 촉매catalyst Pt-Co/MORPt-Co / MOR Pt-Co/MORPt-Co / MOR Pt-Mo/MORPt-Mo / MOR 생성물product 벤젠benzene 2.92.9 2.72.7 2.92.9 톨루엔toluene 20.520.5 15.915.9 16.916.9 오쏘자일렌Ortho xylene 8.68.6 8.58.5 8.88.8 메타자일렌Metaxylene 19.019.0 19.319.3 19.819.8 파라자일렌Para-xylene 9.89.8 8.68.6 8.88.8 C9~C10C9 ~ C10 39.239.2 4545 42.842.8 혼합자일렌Mixed Xylene 37.437.4 36.436.4 37.437.4

비교예Comparative Example 1 One

실리카/알루미나의 몰 비율이 20인 수소형태의 모더나이트형 제올라이트 담체를 촉매로 사용하고, 상기 담체 상에 어떠한 귀금속이나 금속은 담지하지 않았다.
A hydrogen mordenite zeolite carrier having a molar ratio of silica / alumina of 20 was used as a catalyst, and no precious metal or metal was supported on the carrier.

상기 촉매를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매 성능을 테스트하였다.Using the catalyst, the transalkylation reaction was carried out in the same manner and conditions as in Example 1, and the catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 2에 나타내었다.
The products obtained by the above reaction and their contents are shown in Table 2 below.

비교예Comparative Example 2 2

실리카/알루미나의 몰 비율이 20인 수소형태의 모더나이트형 제올라이트 담체를 촉매로 사용하고, 상기 담체 상에 어떠한 귀금속이나 금속은 담지하지 않았다.
A hydrogen mordenite zeolite carrier having a molar ratio of silica / alumina of 20 was used as a catalyst, and no precious metal or metal was supported on the carrier.

상기 촉매를 사용하여 실시예 2와 동일한 방법 및 조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매 성능을 테스트하였다.Using the catalyst, the transalkylation reaction was carried out in the same manner and conditions as in Example 2, and the catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 2에 나타내었다.
The products obtained by the above reaction and their contents are shown in Table 2 below.

비교예Comparative Example 3 3

Co(NO3)2·6H2O 수용액 대신에 Fe(NO3)3·9H2O 수용액을 사용하여 담체 중량에 대하여 0.5중량%의 Fe를 담지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 철 및 백금이 담지된 최종 촉매를 얻었다.
In the same manner as in Example 1, except that 0.5% by weight of Fe was supported based on the weight of the carrier by using Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O aqueous solution instead of Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O aqueous solution. A final catalyst bearing iron and platinum was obtained.

상기 얻어진 촉매를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매 성능을 테스트하였다.The transalkylation reaction was carried out in the same manner and in the same manner as in Example 1 using the catalyst obtained above, and the catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 2에 나타내었다.
The products obtained by the above reaction and their contents are shown in Table 2 below.

비교예Comparative Example 4 4

Co(NO3)2·6H2O 수용액 대신에 Mg(NO3)2·6H2O 수용액을 사용하여 담체 중량에 대하여 0.5중량%의 Mg를 담지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 마그네슘 및 백금이 담지된 최종 촉매를 얻었다.
In the same manner as in Example 1, except that 0.5% by weight of Mg was supported based on the weight of the carrier using Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O aqueous solution instead of Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O aqueous solution. A final catalyst bearing magnesium and platinum was obtained.

상기 얻어진 촉매를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매 성능을 테스트하였다.The transalkylation reaction was carried out in the same manner and in the same manner as in Example 1 using the catalyst obtained above, and the catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 2에 나타내었다.
The products obtained by the above reaction and their contents are shown in Table 2 below.

비교예Comparative Example 5 5

H2PtCl6 수용액 대신에 Pd(NH3)4·Cl2·H2O 수용액을 사용하여 담체 중량에 대하여 0.05중량%의 팔라듐을 담지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코발트 및 팔라듐이 담지된 최종 촉매를 얻었다.
Instead of H 2 PtCl 6 aqueous solution of Pd (NH 3) 4 · Cl, and cobalt, and palladium in the same manner as in Example 1, except 2, using H 2 O solution to the supported palladium of 0.05% by weight based on the carrier weight This supported final catalyst was obtained.

상기 얻어진 촉매를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하고, 그 촉매 성능을 테스트하였다.The transalkylation reaction was carried out in the same manner and in the same manner as in Example 1 using the catalyst obtained above, and the catalyst performance was tested.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량(중량%)을 하기 표 2에 나타내었다.
The product obtained by the above reaction and its content (% by weight) are shown in Table 2 below.

비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 반응조건Reaction condition 온도: 400℃, 압력: 30kg/cm2, WHSV=2.4hr-1, H2/HC=3Temperature: 400 ° C., Pressure: 30 kg / cm 2 , WHSV = 2.4hr -1 , H 2 / HC = 3 반응물
(중량%)
Reactant
(weight%)
톨루엔:1,2,4-TMB=50:50Toluene: 1,2,4-TMB = 50: 50 톨루엔:1,2,4-TMB:나프탈렌=27:70:3Toluene: 1,2,4-TMB: naphthalene = 27: 70: 3 톨루엔:1,2,4-TMB= 50 : 50Toluene: 1,2,4-TMB = 50: 50
촉매catalyst H-MORH-MOR H-MORH-MOR Pt-Fe/MORPt-Fe / MOR Pt-Mg/MORPt-Mg / MOR Pd-Co/MORPd-Co / MOR 생성물product 2.72.7 2.42.4 벤젠benzene 2.02.0 2.82.8 2.52.5 19.119.1 49.749.7 톨루엔toluene 13.613.6 17.417.4 16.416.4 7.57.5 2.72.7 오쏘자일렌Ortho xylene 6.26.2 6.06.0 6.96.9 16.616.6 5.05.0 메타자일렌Metaxylene 13.913.9 14.114.1 15.415.4 8.28.2 3.23.2 파라자일렌Para-xylene 6.66.6 6.66.6 7.47.4 45.945.9 3737 C9~C10C9 ~ C10 57.757.7 53.153.1 51.451.4 32.332.3 10.910.9 혼합 자일렌Mixed xylene 26.726.7 26.726.7 29.729.7

상이한 촉매를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법에 의해 혼합 자일렌을 제조한 실시예 1과 비교예 1의 결과를 표 1로부터 살펴보면, 수소 타입의 모더나이트형 제올라이트 촉매를 사용한 비교예 1에 비하여, 본 발명의 촉매로서 수소타입의 모더아니트형 제올라이트 촉매상에 백금 및 코발트가 담지된 촉매를 사용한 실시예 1에서의 혼합 자일렌 생성물 함량이 높음을 알 수 있다.The results of Example 1 and Comparative Example 1, in which mixed xylene was prepared by the same method, except that different catalysts were used, were compared with those of Comparative Example 1 using a hydrogen type mordenite zeolite catalyst. It can be seen that the mixed xylene product content in Example 1 using a catalyst in which platinum and cobalt are supported on a hydrogen-type modest anitolite zeolite catalyst as the catalyst of the present invention is high.

특히, 실시예 2 및 3과 비교예 2를 비교할 때, 반응물에 나프탈렌이 포함된 경우에 있어서는 혼합 자일렌의 생성물 함량이 현저하게 높아짐을 알 수 있다.In particular, when comparing Examples 2 and 3 and Comparative Example 2, it can be seen that the product content of the mixed xylene is significantly increased when naphthalene is included in the reactants.

또한, 수소타입의 모더나이트형 제올라이트 촉매 상에 백금과 함께 본 발명에서 제공하는 코발트 또는 몰리브데늄 이외의 금속이 담지된 경우에는 비교예 1에 비하여도 낮은 혼합 자일렌 생성물 함량을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
In addition, when a metal other than the cobalt or molybdenum provided in the present invention is supported on the hydrogen-type mordenite zeolite catalyst, it shows that the mixed xylene product content is lower than that of Comparative Example 1. Can be.

이와 같이 본 발명에 따른 촉매를 사용하여 혼합 자일렌을 생성하는 트랜스 알킬화 반응을 수행하는 경우에는 혼합 자일렌 수율을 현저히 높일 수 있음을 알 수 있다.
As described above, when the transalkylation reaction for producing mixed xylene is performed using the catalyst according to the present invention, it can be seen that the yield of mixed xylene can be significantly increased.

또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 반응시간에 따른 혼합 자일렌의 변화를 비교해 보면, 비교예 1의 촉매의 비활성화 정도가 크게 개선되었음을 알 수 있다. 즉, 혼합 자일렌의 수율 감소속도가 현저히 저하된 것을 알 수가 있다.
In addition, as shown in Figure 1, when comparing the change of the mixed xylene with the reaction time, it can be seen that the degree of deactivation of the catalyst of Comparative Example 1 is greatly improved. In other words, it can be seen that the rate of yield reduction of mixed xylene is significantly reduced.

실시예Example 4 4

실시예 1과 동일한 방법으로 H 타입의 모더나이트형 제올라이트 담체 상에 코발트 및 백금이 담지된 촉매를 제조하였다.
In the same manner as in Example 1, a cobalt and platinum-supported catalyst was prepared on an H type mordenite zeolite carrier.

디벤조티오벤의 황화합물을 농도 11,513ppm(황 기준: 2,000ppm)으로 포함하는 반응원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 반응조건으로 트랜스 알킬화 반응을 수행하였다.
The transalkylation reaction was carried out under the same reaction conditions as in Example 1, except that a reaction material containing a sulfur compound of dibenzothiobene at a concentration of 11,513 ppm (sulfur basis: 2,000 ppm) was used.

상기 반응에 의해 얻어진 생성물 및 그 함량을 하기 표 3에 나타내었다. 나아가, 도 2에 반응시간에 따른 혼합 자일렌 수율 변화를 그래프로 나타내었다.
The products obtained by the above reaction and their contents are shown in Table 3 below. Furthermore, the mixed xylene yield change with the reaction time is shown in a graph in FIG.

실시예 4Example 4 반응조건Reaction condition 온도: 400℃, 압력: 30kg/cm2, WHSV=3hr-1, H2/HC=3Temperature: 400 ° C., Pressure: 30 kg / cm 2 , WHSV = 3hr -1 , H 2 / HC = 3 반응물, 중량%Reactant, wt% 톨루엔:1,2,4-TMB=50:50Toluene: 1,2,4-TMB = 50: 50 생성물(%)product(%) 벤젠benzene 4.84.8 톨루엔toluene 22.522.5 ortho-자일렌ortho-xylene 8.88.8 meta-자일렌meta-xylene 19.919.9 para-자일렌para-xylene 9.29.2 C9~C10 C 9 to C 10 34.834.8 혼합 자일렌Mixed xylene 37.937.9

상기 표 3의 결과를 실시예 1의 결과와 비교하면, 황 화합물이 존재함에도 불구하고, 실시예 1과 동등한 수준의 높은 수율로 혼합 자일렌이 생성됨을 알 수 있다.
Comparing the results of Table 3 with the results of Example 1, it can be seen that despite the presence of a sulfur compound, mixed xylene is produced in a high yield equivalent to that of Example 1.

또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 반응시간에 따른 혼합 자일렌의 변화를 비교해 보면, 백금과 코발트 또는 니켈포스파이드가 담지된 H-타입의 모더나이트형 촉매는 황화합물 존재 하에도 반응시간에 따른 혼합 자일렌의 수율은 일정하게 유지됨을 알 수 있다.In addition, as shown in Figure 2, when comparing the change of the mixed xylene according to the reaction time, H-type mordenite catalyst supported with platinum and cobalt or nickel phosphide mixed according to the reaction time in the presence of sulfur compounds It can be seen that the yield of xylene remains constant.

Claims (4)

방향족 화합물로부터 혼합 자일렌을 생성하는데 사용되는 트랜스 알킬화 촉매로서,
제올라이트 담체 상에 백금과 코발트; 백금과 몰리브테늄; 또는 백금, 코발트 및 몰리브데늄이 담지되고,
추가적으로 니켈포스파이트, 텅스텐카바이드, 몰리브데늄설파이드 또는 이들의 혼합물이 담지되며,
상기 혼합 자일렌은 para-자일렌, ortho-자일렌 및 meta-자일렌의 혼합물인 트랜스 알킬화 촉매.

As a transalkylation catalyst used to produce mixed xylenes from aromatic compounds,
Platinum and cobalt on zeolite carriers; Platinum and molybdenum; Or platinum, cobalt and molybdenum are supported,
In addition, nickel phosphite, tungsten carbide, molybdenum sulfide or mixtures thereof are supported.
Wherein said mixed xylene is a mixture of para-xylene, ortho-xylene and meta-xylene.

제 1항에 있어서, 상기 제올라이트 담체는 모더나이트형 제올라이트, 베타 제올라이트 또는 이들의 혼합물인 트랜스 알킬화 촉매.
The transalkylation catalyst of claim 1, wherein the zeolite carrier is mordenite zeolite, beta zeolite, or a mixture thereof.
제 1항에 있어서, 상기 제올라이트 담체는 실리카와 알루미나의 몰비가 10 내지 250:1인 트랜스 알킬화 촉매.
The transalkylation catalyst of claim 1, wherein the zeolite carrier has a molar ratio of silica to alumina of 10 to 250: 1.
제 1항에 있어서, 상기 제올라이트 담체 중량에 대하여 상기 백금이 0.01~1.0중량% 담지되고, 상기 코발트, 몰리브데늄 또는 코발트 및 몰리브데늄이 0.1~5.0중량%로 담지되는 트랜스 알킬화 촉매.The transalkylation catalyst according to claim 1, wherein the platinum is supported by 0.01 to 1.0% by weight based on the weight of the zeolite carrier, and the cobalt, molybdenum or cobalt and molybdenum is supported by 0.1 to 5.0% by weight.
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