KR102046771B1 - Dehydrogenation catalyst - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미나 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 나트륨 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3-1.6이고, 백금에 대한 나트륨의 몰비는 6.8-15.3이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매에 관한 것으로, 본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 높은 탄화수소 전환율 및 선택도와 성능 안정성 그리고 개선된 코킹에 대한 저항성과 코크 제거 용이성을 제공할 수 있다.The present invention is a dehydrogenation catalyst in which a platinum group metal, an auxiliary metal, and a sodium component are supported on an alumina support, wherein the molar ratio of auxiliary metal to platinum is 0.3-1.6, the molar ratio of sodium to platinum is 6.8-15.3, and the catalyst is KOH. The dehydrogenation catalyst according to the present invention is characterized in that the dehydrogenation catalyst according to the present invention has a high hydrocarbon conversion, selectivity and performance stability, and improved coking resistance. Coke removal ease can be provided.

Description

탈수소화 촉매{DEHYDROGENATION CATALYST}Dehydrogenation catalyst {DEHYDROGENATION CATALYST}

본 발명은 탄화수소의 탈수소화 반응에 사용되는 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매의 장기 운전 성능이 개선되고, 수소비 하향 조건에서도 탈수소화 공정의 운전이 가능하여 공정 수율을 향상시킬 수 있는 탈수소화 촉매에 관한 것이다. The present invention relates to a catalyst used in a hydrocarbon dehydrogenation reaction, and more particularly, to improve the long-term operation performance of the catalyst, and to operate the dehydrogenation process under a hydrogen ratio downward condition, thereby improving the process yield. It relates to a digestive catalyst.

알켄(올레핀 탄화수소)을 제조하기 위한 알칸의 촉매 탈수소화는 석유 정제 산업에서 중요하고도 잘 알려진 탄화수소 변환 공정이다. 이는 알켄이 일반적으로 보다 고가의 다른 탄화수소 변환 생성물의 제조에서 중간 생성물로서 유용하기 때문이다. 예컨대, 프로필렌은 폴리머와 프로필렌 글리콜의 제조에 사용될 수 있고, 부틸렌은 고옥탄가 모터 연료에 사용될 수 있으며, 이소부틸렌은 메틸-t-부틸 에테르, 가솔린 첨가제를 제조하는 데 사용될 수 있다.Catalytic dehydrogenation of alkanes to produce alkenes (olefin hydrocarbons) is an important and well known hydrocarbon conversion process in the petroleum refining industry. This is because alkenes are generally useful as intermediate products in the production of other more expensive hydrocarbon conversion products. For example, propylene can be used for the production of polymers and propylene glycol, butylene can be used for high octane number motor fuels, and isobutylene can be used for preparing methyl-t-butyl ether, gasoline additives.

알칸의 촉매 탈수소화 반응과 같은 탄화수소 기체의 탈수소화 반응은 550℃ 이상의 고온에서 진행된다. 촉매 반응이 고온에서 진행됨에 따라, 그에 대한 부반응으로 열분해 및 코크 생성반응이 수반되고, 이러한 부반응의 정도가 촉매의 선택도 및 활성을 결정짓는 핵심 요소가 된다. 부반응의 하나인 코크 생성 반응은 촉매상의 활성물질을 코크로 덮이게 하여 반응물과 접촉을 차단시킴으로써 전반적인 반응전환율을 낮추게 된다. 또한, 코크의 생성이 진행됨에 따라 촉매 내에 존재하는 기공의 입구를 막아 기공 내에 존재하는 활성물질의 비활성화를 촉진한다.Dehydrogenation of hydrocarbon gases, such as catalytic dehydrogenation of alkanes, proceeds at high temperatures of at least 550 ° C. As the catalytic reaction proceeds at high temperatures, side reactions to it entail pyrolysis and coke formation reactions, and the extent of these side reactions is a key factor in determining the selectivity and activity of the catalyst. The coke formation reaction, one of the side reactions, lowers the overall reaction conversion rate by blocking the contact with the reactants by covering the active material on the catalyst with coke. In addition, as the formation of coke proceeds, the inlet of the pores present in the catalyst is blocked, thereby promoting inactivation of the active substance present in the pores.

미국특허공개 제2015/0202601 A1호는 갈륨, 인듐, 탈륨 및 이들의 조합으로부터 선택된 그룹 IIIA 금속; 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴 및 이들의 조합으로부터 선택된 그룹 VIII 귀금속; 철, 크롬, 바나듐 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 도펀트; 및 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로부터 선택된 선택적 촉진제 금속; 실리카, 알루미나, 실리카 알루미나 복합체, 희토류 조절된 알루미나 및 이들의 조합으로부터 선택되는 촉매 지지체를 포함하는 알칸 탈수소 촉매 조성물을 개시하고 있다. US Patent Publication 2015/0202601 A1 discloses a Group IIIA metal selected from gallium, indium, thallium and combinations thereof; Group VIII precious metals selected from platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, osmium and combinations thereof; At least one dopant selected from iron, chromium, vanadium and combinations thereof; And selective promoter metals selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium and combinations thereof; Disclosed are alkane dehydrogenation catalyst compositions comprising a catalyst support selected from silica, alumina, silica alumina composites, rare earth controlled alumina, and combinations thereof.

국내 특허 공개 제2014-0123929호는 탄화수소를 위한 탈수소화 촉매 조성물에 있어서, VIII족 성분을 함유한 나노-크기의 복합물; IVA족 성분 및 유황을 함유한 보호막형성제; 알칼리 성분; 할로겐 성분; 및 알파 알루미나로 이루어진 내부 코어와 감마 알루미나와 델타 알루미나의 혼합물을 포함한 외부층을 갖는 지지체를 포함하는 탄화수소 탈수소화 촉매 조성물을 개시하고 있다. Korean Patent Publication No. 2014-0123929 discloses a dehydrogenation catalyst composition for hydrocarbons, comprising: nano-sized composites containing group VIII components; Protective film forming agents containing Group IVA components and sulfur; Alkaline component; Halogen component; And a support having an inner core consisting of alpha alumina and an outer layer comprising a mixture of gamma alumina and delta alumina.

종래에 공지된 탈수소화 촉매 관련 특허에는 촉매의 활성성분 및 지지체의 종류에 대한 내용이 주류를 이루며, 촉매의 물리적 특징의 하나인 산점량에 대한 내용은 아직까지 전무한 상태이다. 따라서 적정 범위 내의 산점량을 가지며, 촉매의 활성, 선택성 및 코크 안정성이 우수한 탈수소화 촉매의 개발이 절실하게 요구되고 있다.In the conventionally known patents related to dehydrogenation catalysts, the content of the active ingredient of the catalyst and the type of the support is the mainstream, and the content of acid spots, which is one of the physical characteristics of the catalyst, is still absent. Therefore, there is an urgent need to develop a dehydrogenation catalyst having an acid point amount within an appropriate range and excellent catalyst activity, selectivity and coke stability.

본 출원인은 촉매의 산점을 소정의 범위로 조정함으로써 수소/탄화수소비 하향 조건에서 탈수소화 공정을 진행하여 공정 수율을 대폭 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 본 출원인은 본 발명의 범위내의 산점량을 갖는 촉매가 더 낮은 코크-발생, 더 나은 장기 안정성 또는 더 큰 활성을 제공하는 것을 발견하였다.Applicants have found that by adjusting the acid point of the catalyst to a predetermined range, the dehydrogenation process can be performed under the hydrogen / hydrocarbon ratio lowering conditions, thereby greatly improving the process yield. In particular, Applicants have found that catalysts having an acid content within the scope of the present invention provide lower coke-generation, better long term stability or greater activity.

본 발명의 하나의 목적은 증가된 촉매 장기 운전 성능, 낮은-코크 발생 및 우수한 공정 수율을 가능케 하는 탈수소화 반응에 적합한 촉매를 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a catalyst suitable for the dehydrogenation reaction which allows for increased catalyst long term operating performance, low coke generation and good process yield.

본 발명의 다른 목적은 증가된 촉매 장기 운전 성능, 낮은-코크 발생 및 우수한 공정 수율을 달성하는 탈수소화 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a dehydrogenation process that achieves increased catalyst long term operating performance, low coke generation and good process yield.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,One aspect of the present invention for achieving the above object,

지지체에 백금족 금속, 보조금속, 나트륨 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 백금에 대한 나트륨의 몰비는 6.8-15.3이고, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3-1.6이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매에 관한 것이다. Dehydrogenation catalyst with platinum group metal, auxiliary metal, and sodium component on the support, the molar ratio of sodium to platinum is 6.8-15.3, the molar ratio of auxiliary metal to platinum is 0.3-1.6, and 20 ~ when titrating the catalyst with KOH A dehydrogenation catalyst characterized by having an acid point amount of 150 μmol KOH / g catalyst.

상기 촉매는 촉매 총 중량에 대해 백금 0.3~0.8 중량%, 나트륨 0.4~0.9 중량%를 지지체에 담지시킨 것이다.The catalyst is supported by 0.3 to 0.8 wt% platinum and 0.4 to 0.9 wt% sodium based on the total weight of the catalyst.

상기 촉매는 0.55~0.9 g/cc의 체적밀도를 갖는다. The catalyst has a volume density of 0.55 to 0.9 g / cc.

상기 촉매의 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1~2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1~21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 이중 기공 사이즈 분포를 갖는다. The support of the catalyst has mesopores having an average pore size of 5 to 100 nm, total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 / g, and an average pore size of 0.1 to 20 μm, and a total pore volume of 0.1 to 21 cm 3 / g. It has a double pore size distribution that includes all of the macro pores.

본 발명의 다른 양상은,Another aspect of the invention,

탄화수소의 탈수소화 반응용 촉매의 제조방법에 있어서,In the method for producing a catalyst for hydrocarbon dehydrogenation reaction,

이원 기공 특성을 갖는 지지체를 제공하는 단계;Providing a support having binary pore properties;

상기 지지체에 나트륨 전구체를 분산시켜 지지체 내에 나트륨을 담지하는 단계; Dispersing a sodium precursor on the support to support sodium in the support;

상기 나트륨/지지체 촉매에 주석과 백금을 순차적으로 함침, 건조 및 소성하여 백금-주석-나트륨/알루미나 지지체 촉매를 제조하는 단계를 포함하되, Sequentially impregnating, drying, and calcining the sodium / support catalyst with tin and platinum to prepare a platinum-tin-sodium / alumina support catalyst,

백금에 대한 나트륨의 몰비는 6.5-15.3이고, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3-1.6이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 ml KOH/g 촉매의 산점량을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법에 관한 것이다. The molar ratio of sodium to platinum is 6.5-15.3, the molar ratio of auxiliary metal to platinum is 0.3-1.6, and when the catalyst is titrated with KOH, the dehydrogenation catalyst is characterized in that it has an acid point of 20 to 150 ml KOH / g catalyst. It relates to a manufacturing method.

본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 탄화수소 탈수소화 방법에 관한 것이다. Another aspect of the invention relates to a hydrocarbon dehydrogenation process comprising contacting with a dehydrogenation catalyst of the invention.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 백금에 대한 보조금속의 몰비를 높임으로써, 보조금속과 백금의 프로모션 효과를 최적화하여 프로필렌 수율 증가와 코크 감소에 의한 촉매 장기 운전 성능을 개선할 수 있다. The dehydrogenation catalyst according to the present invention can improve the catalyst long-term operation performance by increasing the propylene yield and reducing the coke by optimizing the promotion effect of the auxiliary metal and platinum by increasing the molar ratio of the auxiliary metal to platinum.

본 발명의 탈수소화 촉매는 높은 탄화수소 전환율 및 선택도와 성능 안정성 그리고 개선된 코킹에 대한 저항성과 코크 제거 용이성을 제공할 수 있다. The dehydrogenation catalyst of the present invention can provide high hydrocarbon conversion and selectivity and performance stability, improved coking resistance and easy coke removal.

또한, 본 발명의 촉매는 촉매의 산점을 소정의 범위로 조정하여 탄화수소 탈수소 반응에서 수소/탄화수소비 하향시 코크가 급속히 증가하는 현상을 방지함으로써 공정 생산량이 향상되는 수소/탄화수소비 하향 조건에서 운전이 가능해져서 공정 경제성을 향상시킬 수 있다. In addition, the catalyst of the present invention prevents a phenomenon in which coke increases rapidly when the hydrogen / hydrocarbon ratio is lowered in the hydrocarbon dehydrogenation reaction by adjusting the acid point of the catalyst to a predetermined range, so that the operation of the catalyst in the hydrogen / hydrocarbon ratio downward condition is improved. It is possible to improve the process economics.

본 발명의 촉매는 촉매체적밀도를 높여서 동일 반응기 부피 내에 촉매 투입 질량이 증가함으로써 반응기 성능이 개선되어 공정 수율을 개선시킬 수 있다. The catalyst of the present invention can increase the catalyst volume density to increase the catalyst input mass within the same reactor volume, thereby improving reactor performance and improving process yield.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 명세서에서 사용되는 경우에, ‘포함하는’ 또는 ‘포함한다’는 용어는 다른 요소의 존재를 배제하는 것이 아니라는 것에 유의해야 한다. 마찬가지로, 특정 단계들을 포함하는 방법에 대한 기술에서도 특정 단계를‘포함한다’고 기재할 경우에 다른 단계의 포함을 배제하는 것은 아니라는 것이 또한 이해되어야 한다.As used herein, it should be noted that the term 'comprising' or 'comprising' does not exclude the presence of other elements. Likewise, it should also be understood that a description of a method that includes certain steps does not exclude the inclusion of other steps when it is stated that a particular step is included.

본 발명의 일 실시예의 탈수소화 촉매는 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 나트륨 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 백금에 대한 나트륨의 몰비는 6.8-15.3이고, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3-1.6이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는다. The dehydrogenation catalyst of an embodiment of the present invention is a dehydrogenation catalyst having a platinum group metal, an auxiliary metal, and a sodium component supported on a support, wherein the molar ratio of sodium to platinum is 6.8-15.3, and the molar ratio of auxiliary metal to platinum is 0.3-1.6. When the catalyst is titrated with KOH, it has an acid point amount of 20-150 μmol KOH / g catalyst.

본 발명의 촉매의 주요 금속은 백금족 금속이다. 백금족 성분은 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 오스뮴 또는 이의 혼합물과 같은 귀금속 성분을 포함할 수 있다. 백금족 금속은 탈수소화 촉매 내에 산화물, 황화물, 할로겐화물, 산할로겐화물 등과 같은 화합물로서 복합체의 다른 성분 중 하나 이상과 화학적 조합으로 또는 금속 원소로서 존재할 수 있다. 백금 성분은 원소를 기준으로 계산하여 탈수소화 촉매의 0.3 내지 0.8 wt%를 포함한다. The main metal of the catalyst of the present invention is a platinum group metal. The platinum group component may include precious metal components such as platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, osmium or mixtures thereof. Platinum group metals may be present in the dehydrogenation catalyst as chemical elements or as metal elements with one or more of the other components of the complex as compounds such as oxides, sulfides, halides, acid halides and the like. The platinum component comprises 0.3 to 0.8 wt% of the dehydrogenation catalyst, calculated on the basis of the element.

본 발명의 촉매는 총 중량에 대해 백금 0.3~0.8 중량%, 나트륨 0.4~0.9 중량% 및 주석 0.1 ~ 0.5 중량%를 포함한다. 백금 성분의 함량이 0.3 중량% 미만이 되면, 탈수소 반응의 반응활성이 저하될 수 있고, 0.8 중량%를 초과하는 경우에는 백금에 의한 탄화수소의 크래킹 반응에 의해 프로필렌의 선택도가 저하될 수 있다. The catalyst of the present invention comprises 0.3 to 0.8 wt% platinum, 0.4 to 0.9 wt% sodium and 0.1 to 0.5 wt% tin, based on the total weight. When the content of the platinum component is less than 0.3% by weight, the reaction activity of the dehydrogenation reaction may be lowered, and when it exceeds 0.8% by weight, the selectivity of propylene may be lowered by the cracking reaction of the hydrocarbon by platinum.

보조금속으로는 주석, 게르마늄, 갈륨, 인듐, 구리, 아연, 안티몬, 비스무트 및 망간으로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 사용할 수 있고, 특히 주석이 바람직하다.As auxiliary metals, those selected from the group consisting of tin, germanium, gallium, indium, copper, zinc, antimony, bismuth and manganese can be used, and tin is particularly preferable.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 높은 백금에 대한 보조금속의 몰비를 갖는 촉매로서, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3 내지 1.6가 바람직하다. 만일 백금에 대한 보조금속의 몰비가 0.3 미만이면 주석이 백금입자의 소결현상을 막아주고 백금의 입자크기를 작게 유지시켜 분산도를 증진시켜줌으로써 탄소침적을 억제하는 역할을 제대로 하지 못해 바람직하지 않고, 백금에 대한 보조금속의 몰비가 1.6을 초과하면 과량의 보조 금속으로 인해 촉매의 반응 활성에 대한 촉진 효과가 감소될 수 있다. The dehydrogenation catalyst according to the present invention is a catalyst having a high molar ratio of secondary metal to platinum, and the molar ratio of secondary metal to platinum is preferably 0.3 to 1.6. If the molar ratio of auxiliary metal to platinum is less than 0.3, tin is not desirable because it prevents the sintering of platinum particles and keeps the particle size of platinum small and improves dispersion so that it does not play a role in suppressing carbon deposition. If the molar ratio of the secondary metal to the iron exceeds 1.6, the excess of the secondary metal may reduce the promoting effect on the reaction activity of the catalyst.

본 발명의 촉매에서 나트륨은 지지체 상의 산점을 차단시켜 원하지 않는 부반응을 감소시키거나 실질적으로 차단함과 동시에, 백금과 같은 활성 금속의 촉매 활성을 증강시킨다.Sodium in the catalyst of the invention blocks the acid point on the support to reduce or substantially block unwanted side reactions, while at the same time enhancing the catalytic activity of active metals such as platinum.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매에서 백금에 대한 나트륨의 몰비는 6.8 내지 15.3이 바람직하다. 만일 백금에 대한 나트륨의 몰비가 6.8 미만이면 지지체의 산점을 적절하게 조절하지 못하여 부반응 및 코크 생성량이 증가하고, 15.3을 초과하면 나트륨이 과량 담지되어 백금의 활성점을 막아 촉매의 활성을 저하시킬 수 있다. The molar ratio of sodium to platinum in the dehydrogenation catalyst according to the invention is preferably 6.8 to 15.3. If the molar ratio of sodium to platinum is less than 6.8, the acid point of the support may not be properly controlled, and the amount of side reactions and coke production may increase, and if it exceeds 15.3, sodium may be excessively supported to block the active point of platinum, thereby lowering the activity of the catalyst. have.

촉매의 전체적인 산성을 더욱 감소시키는 것에 더하여, 나트륨의 존재는 바람직하지 않은 부반응에 대해 활성인 금속표면상의 부위를 차단시킬 수 있다. 나트륨 성분의 함량이 0.4 중량% 미만이면 지지체의 산도가 증가하여 크래킹 반응 및 코크 생성이 증가하므로, 탈수소화 반응의 선택도가 감소하게 되고, 나트륨 성분의 함량이 0.9 중량%를 초과할 경우에는 촉매 활성이 감소하여 탈수소화 반응의 전환율이 감소할 수 있다.In addition to further reducing the overall acidity of the catalyst, the presence of sodium can block sites on the metal surface that are active for undesirable side reactions. If the content of sodium is less than 0.4% by weight, the acidity of the support is increased to increase the cracking reaction and coke production, so that the selectivity of the dehydrogenation reaction is reduced, and when the content of sodium is more than 0.9% by weight, the catalyst The activity may be reduced to reduce the conversion of the dehydrogenation reaction.

본 발명의 촉매는 선택적으로 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 리튬, 스트론튬, 바륨, 라듐 및 베릴륨으로 구성되는 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 더 포함할 수 있다. The catalyst of the present invention may optionally further comprise an alkali or alkaline earth metal selected from the group consisting of calcium, potassium, magnesium, lithium, strontium, barium, radium and beryllium.

본 발명에서 산점량(acidity amount)이라는 것은 촉매 지지체 상의 유리 산 성분의 척도로서, 1g의 촉매 지지체 내에 존재하는 산점에 의해서 중화되는 수산화칼륨(KOH)의 양(μ㏖ )의 값으로 표시된다. In the present invention, the acidity amount is a measure of the free acid component on the catalyst support, and is expressed as a value (μmol) of potassium hydroxide (KOH) neutralized by an acid point present in 1 g of the catalyst support.

본 발명에서 촉매의 산점이 20 μmol KOH/g 미만이면 지지체의 산점이 너무 적으면 상호작용이 약해서 금속의 이동이 많이 일어나 소결 현상이 생길 수 있고, 150 μmol KOH/g를 초과하면 과도한 산점이 탄화수소를 열 분해해서, 원하지 않는 메탄을 생성하고, 촉매 상에 탄소 침적물을 형성함으로써 빠른 촉매 비활성화를 유발할 수 있다.In the present invention, if the acid point of the catalyst is less than 20 μmol KOH / g, if the acid point of the support is too small, the interaction is weak to cause a lot of metal movement and sintering may occur. Can be thermally decomposed to produce unwanted methane and to cause rapid catalyst deactivation by forming carbon deposits on the catalyst.

탄화수소 탈수소 반응에서 수소/탄화수소비 (H2/HC) 하향시 코크가 급속히 증가하는 현상이 나타나는데, 촉매의 산점량을 상기 범위 내로 조정할 경우에, 수소/탄화수소비 하향시에도 코크가 급속히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명의 촉매를 사용하는 경우에 탈수소화 공정의 생산량이 향상되는 수소/탄화수소비 하향 조건에서 탈수소화 공정의 운전이 가능해져서 공정 수율을 대폭 증가시킬 수 있다In the hydrocarbon dehydrogenation reaction, coke increases rapidly when the hydrogen / hydrocarbon ratio (H 2 / HC) is lowered. When the acid concentration of the catalyst is adjusted within the above range, the coke increases rapidly even when the hydrogen / hydrocarbon ratio is lowered. It can prevent. Therefore, when the catalyst of the present invention is used, the dehydrogenation process can be operated under the hydrogen / hydrocarbon ratio lowering condition in which the yield of the dehydrogenation process is improved, thereby greatly increasing the process yield.

본 발명의 탈수소화 0.55~0.9 g/cc의 체적밀도를 갖는 것이 바람직하며, 촉매의 체적밀도는 공정 내 투입되는 촉매의 충진량을 결정짓게 되어 공정 내에 투입된 촉매의 총 활성밀도를 결정짓는 인자이다. 촉매의 체적밀도가 0.55g/cc 미만이면 단위 부피당 촉매 활성금속이 감소하여 촉매 성능이 저하되고, 0.9g/cc를 초과하면 지지체의 상변화로 인하여 비표면적이 감소되어 금속의 분산도가 감소되어 촉매 성능을 저하시킬 수 있다.It is preferable to have a volume density of 0.55 to 0.9 g / cc of dehydrogenation of the present invention, and the volume density of the catalyst determines the amount of the catalyst charged into the process, which is a factor that determines the total active density of the catalyst introduced into the process. If the volume density of the catalyst is less than 0.55 g / cc, the catalytic active metal per unit volume decreases the catalyst performance, while if the catalyst density exceeds 0.9 g / cc, the specific surface area is reduced due to the phase change of the support to reduce the dispersion of the metal Catalyst performance may be reduced.

본 발명에서 촉매의 바람직한 형상은 1.2 내지 2.0 ㎜의 펠렛 크기를 갖는 구형입자이다. 구형 지지체 입자는 널리 공지된 오일-적하법에 의해 연속적으로 제조될 수 있고, 이 방법은 본 기술분야에 알려진 임의의 기술에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 구형 알루미나 촉매 지지체는 염산과 알루미늄 금속을 반응시킴으로써 지글러 알루미나 또는 알루미나 하이드로졸로 알루미나 슬러리를 형성하고, 수득된 하이드로졸 또는 슬러리와 적합한 겔화제를 조합하여, 수득된 혼합물을 고온을 유지하는 오일 중탕기 내로 적하하는 방법으로 제조할 수 있다. 혼합물의 액적이 겔화된 구를 형성하게 되면, 회수하여 지지체의 물리적 특성을 더 향상시키기 위해 숙성 및 건조 처리를 한다. 이어서 숙성 및 겔화된 입자를 세척하고, 하소처리하여 구형의 결정질 알루미나 지지체를 수득할 수 있다.Preferred shapes of the catalyst in the present invention are spherical particles having a pellet size of 1.2 to 2.0 mm. Spherical support particles can be produced continuously by well-known oil-dropping methods, which methods can be prepared by any technique known in the art. For example, the spherical alumina catalyst support forms an alumina slurry with Ziegler alumina or alumina hydrosol by reacting hydrochloric acid with aluminum metal, and combines the obtained hydrosol or slurry with a suitable gelling agent to maintain the resulting mixture at a high temperature. It can manufacture by the method of dripping into an oil bath. When the droplets of the mixture form gelled spheres, they are recovered and subjected to aging and drying to further improve the physical properties of the support. Aged and gelled particles can then be washed and calcined to obtain spherical crystalline alumina support.

본 발명에 따른 촉매는 촉매 총 중량에 대해 0.1~3.0 중량%의 할로겐 성분을 추가로 포함할 수 있다. 할로겐 성분으로는 염소, 인 및 불소로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 사용하며, 특히 염소가 바람직하다. 할로겐의 함량이 0.1 중량% 미만이면 촉매상에 코크의 생성속도가 급격히 높아지고 촉매의 코크 재생성이 낮아지며 촉매 재생 시 백금의 분산도가 낮아지고, 할로겐의 함량이 3.0 중량%를 초과하면 할로겐에 의한 귀금속의 피독현상으로 촉매의 활성이 낮아지게 된다. 즉, 할로겐 성분, 특히 염소는 알루미나 지지체의 알루미늄 원소와 결합되어 알루미나 자체가 갖고 있는 루이스 산의 특성을 감쇠시켜 생성물의 탈착을 용이하게 하며, 그로 인한 코크의 생성을 억제하는 효과를 갖는다. 코크의 생성은 지지체 자체에서 흡착하며 반응이 완결되거나, 활성점에서 생성된 주산물/부산물이 스필-오버 (spill-over) 되어 지지체에 적체되고 추가적인 코크 생성 반응을 통해 최종적으로 생성되기도 하지만, 루이스 산을 약화시켜 생성물의 탈착을 용이하게 하면 지지체에 적체되는 양이 줄어들어 코크 생성을 감소시킬 수 있다. 또한, 할로겐 성분은 촉매의 재생 과정 중에 백금의 소결현상을 제어한다.The catalyst according to the invention may further comprise 0.1 to 3.0% by weight of the halogen component relative to the total weight of the catalyst. As the halogen component, one selected from the group consisting of chlorine, phosphorus and fluorine is used, and chlorine is particularly preferable. If the halogen content is less than 0.1% by weight, the formation of coke on the catalyst is rapidly increased, the coke regeneration of the catalyst is low, platinum dispersibility is reduced during catalyst regeneration, and when the halogen content is more than 3.0% by weight, precious metals by halogen The poisoning of the catalyst lowers the activity of the catalyst. That is, the halogen component, in particular chlorine, is combined with the aluminum element of the alumina support to attenuate the characteristics of the Lewis acid possessed by the alumina itself, thereby facilitating the desorption of the product, thereby suppressing the formation of coke. The formation of coke is adsorbed on the support itself and the reaction is completed, or the main product / by-product produced at the active site is spill-over, accumulated in the support and finally produced through an additional coke formation reaction. Degradation of the product to facilitate the desorption of the product can reduce the amount deposited on the support to reduce coke production. In addition, the halogen component controls the sintering of platinum during the catalyst regeneration process.

본 발명에 따른 촉매에서, 지지체는 TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, Cr2O3, Nb2O5 및 이들의 혼합 성분으로 구성되는 군으로부터 선택된 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나가 적당하다. 알루미나의 θ-결정성은 코크의 생성 정도를 결정해주는 인자로서, 알루미나(Al2O3) 지지체는 90% 이상의 θ-결정상을 갖는 것이 바람직하다. γ-알루미나의 사용은 알루미나 자체의 산점으로 인한 부반응성이 크고, 반응중 알루미나 결정성이 변화하고 비표면적이 감소하는 구조적 특성 변화를 야기하며, α-알루미나는 낮은 비표면적으로 인해 백금족 활성 금속의 분산도를 낮추고 전체적인 백금의 활성면적을 감소시켜 낮은 촉매활성을 나타내므로, 상기 알루미나 지지체는 θ-결정상이 90% 이상인 것이 좋다. In the catalyst according to the invention, the support is TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 And those selected from the group consisting of mixed components thereof, and alumina is preferable. The θ-crystallinity of alumina is a factor that determines the degree of coke formation, and the alumina (Al 2 O 3 ) support preferably has a θ-crystal phase of 90% or more. The use of γ-alumina results in high structural reactivity due to the acid point of the alumina itself, changes in alumina crystallinity and reduced specific surface area during the reaction, and α-alumina is characterized by low specific surface area of the platinum group active metals. It is preferable that the alumina support has a θ-crystalline phase of 90% or more because the degree of dispersion decreases and the overall active area of platinum is reduced to show low catalytic activity.

본 발명에서 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1~2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1~21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 이중 기공 크기 분포를 갖는다. 이러한 이중 기공 크기 분포 특성으로 인해서 본 발명의 촉매는 반응 시에 탈수소 반응에서 개선된 활성과 재생 용이성을 보여 준다. In the present invention, the support has an average pore size of 5 to 100 nm, a meso pore having a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 / g, and an average pore size of 0.1 to 20 μm, and a total pore volume of 0.1 to 21 cm 3 / g. It has a double pore size distribution that includes all of the macro pores. Due to this dual pore size distribution characteristic, the catalyst of the present invention shows improved activity and ease of regeneration in the dehydrogenation reaction during the reaction.

지지체의 기공이 5 ㎚ 미만이면 물질전달 속도가 떨어지고, 지지체의 기공이 20 ㎛를 초과하면 지지체의 강도가 떨어지게 된다. 즉, 기공의 크기가 10 ㎚ 이하에서는 누슨 확산, 10~1000 ㎚에서는 전이확산(transition diffusion)이 이루어지는데 탈수소화 반응에서는 10-100nm 기공이 바람직하다.If the pores of the support are less than 5 nm, the material transfer rate is lowered. If the pores of the support are more than 20 μm, the strength of the support is lowered. In other words, when the pore size is 10 nm or less, it is loose diffusion and transition diffusion is performed at 10-1000 nm. In the dehydrogenation reaction, 10-100 nm pores are preferable.

상기 지지체는 비표면적이 75~140 ㎡/g이다. 지지체의 비표면적이 75 ㎡/g 미만이면 금속 활성 성분의 분산도가 낮아지고, 140 ㎡/g을 초과하면 알루미나의 감마 결정성이 높게 유지되어 부반응성이 증대된다. The support has a specific surface area of 75 to 140 m 2 / g. If the specific surface area of the support is less than 75 m 2 / g, the dispersibility of the metal active component is lowered. If the specific surface area is more than 140 m 2 / g, the gamma crystallinity of the alumina is maintained high, thereby increasing the side reaction.

본 발명에 따른 촉매는 16~75N의 강도를 갖는 것이 바람직하며, 강도를 높여 재생이나 촉매의 순환에도 부스러짐이 적은 강성을 갖도록 한다. 만일 촉매의 강도가 16N 미만이면 쉽게 깨어져 연속식 반응시스템에 적용하기 어렵게 된다. 탈수소화 촉매는 코크 생성이 수반되어 일정 반응 후에는 산화 반응을 통해 코크를 태워 재생하게 되는데, 그 공정 중에 열적 깨짐 현상이 발생한다. 또한, 촉매를 순환시키며 운전하는 조건에서는 이송 중에 마찰이나 충격이 가해지게 된다. 충격에 약한 촉매를 사용하는 경우, 생성물의 흐름을 방해하고 반응기 내의 압력을 상승시켜 촉매의 전환율을 낮추기 때문에 높은 강도를 갖는 것이 공정 운전상에 커다란 이점을 주게 된다. The catalyst according to the present invention preferably has a strength of 16 to 75 N, and increases the strength so that the catalyst has less rigidity in regeneration or circulation of the catalyst. If the strength of the catalyst is less than 16N, it is easily broken and difficult to apply to the continuous reaction system. The dehydrogenation catalyst is accompanied with the formation of coke, and after a certain reaction, the coke is burned and regenerated through an oxidation reaction, and thermal cracking occurs during the process. In addition, friction and impact are applied during transfer under conditions in which the catalyst is circulated and operated. In the case of using a catalyst that is weak in impact, having a high strength has a great advantage in process operation because it lowers the conversion rate of the catalyst by disturbing the flow of the product and raising the pressure in the reactor.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 백금에 대한 보조금속의 몰비를 0.3-1.6로 높임으로써, 보조금속과 백금의 프로모션 효과를 최적화하여 프로필렌 수율 증가와 코크 감소에 의한 촉매 장기 운전 성능을 개선하고, 촉매의 산점을 소정의 범위로 조정하여 탄화수소 탈수소 반응에서 수소/탄화수소비 하향 시 코크가 급속히 증가하는 현상을 방지함으로써 공정 생산량이 향상되는 수소/탄화수소비 하향 조건에서 운전이 가능해져서 공정 경제성을 향상시킬 수 있고, 촉매 체적밀도를 높여서 동일 반응기 부피 내에 촉매 투입 질량이 증가함으로써 반응기 성능이 개선되어 공정 수율을 향상시킬 수 있다.The dehydrogenation catalyst according to the present invention increases the molar ratio of the secondary metal to platinum to 0.3-1.6, thereby optimizing the promotion effect of the secondary metal and platinum to improve the catalyst long-term operation performance by increasing the propylene yield and reducing the coke, and By adjusting the acid point to a predetermined range, it is possible to operate at the hydrogen / hydrocarbon consumption down condition where the process yield is improved by preventing the coke increase rapidly when the hydrogen / hydrocarbon ratio is lowered in the hydrocarbon dehydrogenation reaction, thereby improving the process economy. In addition, by increasing the catalyst volume density and increasing the catalyst input mass in the same reactor volume, the reactor performance can be improved to improve the process yield.

본 발명의 다른 양상은 탄화수소의 탈수소화 반응용 촉매의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해서 탈수소화 촉매를 제조하는 경우에는 이원 기공 특성을 갖는 지지체를 제공한다. Another aspect of the invention relates to a process for the preparation of a catalyst for the dehydrogenation of hydrocarbons. When the dehydrogenation catalyst is prepared by the method of the present invention, a support having dual pore characteristics is provided.

본 발명에서 지지체로는 다양한 지지체를 사용할 수 있는데, 바람직하게 지지체는 90% 이상이 세타-결정상인 알루미나(Al2O3)를 사용할 수 있다. 상기 이원 기공 특성을 갖는 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1∼2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1∼21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 지지체일 수 있다. Various supports may be used as the support in the present invention. Preferably, the support may be alumina (Al 2 O 3 ), which is 90% or more of theta-crystalline phase. The support having the dual pore characteristics has mesopores having an average pore size of 5 to 100 nm, a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 / g, an average pore size of 0.1 to 20 μm, and a total pore volume of 0.1 to 21 cm 3. It may be a support including all macro pores of / g.

상기 지지체에 나트륨 전구체를 분산시켜 지지체 내에 나트륨을 담지한다. 구체적으로 나트륨 금속 전구체를 용매에 용해시켜 나트륨 전구체 용액을 제조한 후, 이 전구체 용액을 알루미나 담체에 함침한다. Sodium precursor is dispersed in the support to support sodium in the support. Specifically, after the sodium metal precursor is dissolved in a solvent to prepare a sodium precursor solution, the precursor solution is impregnated into the alumina carrier.

이어서 상기 나트륨/지지체 촉매에 주석과 백금을 순차적으로 함침, 건조 및 소성하여 백금-주석-나트륨/알루미나 촉매를 제조한다. 먼저, 주석 전구체를 용매에 용해시켜 주석 전구체 용액을 제조하고, 주석 전구체 용액을 나트륨-알루미나에 함침하여 주석-나트륨/알루미나를 수득한다. 이어서 백금 전구체를 용매에 용해시켜 백금 전구체 용액을 제조하고, 백금 전구체 용액을 주석-나트륨-알루미나에 함침하여, 백금-주석-나타륨-알루미나 촉매를 수득한다. 본 발명의 방법에서는 제조 과정 중에 Subsequently, the sodium / support catalyst is sequentially impregnated with tin and platinum, dried and calcined to prepare a platinum-tin-sodium / alumina catalyst. First, the tin precursor is dissolved in a solvent to prepare a tin precursor solution, and the tin precursor solution is impregnated with sodium-alumina to obtain tin-sodium / alumina. The platinum precursor is then dissolved in a solvent to prepare a platinum precursor solution, and the platinum precursor solution is impregnated in tin-sodium-alumina to obtain a platinum-tin-natalium-alumina catalyst. In the method of the present invention during the manufacturing process

본 발명에서는 백금에 대한 보조금속의 몰비 및 백금에 대한 나트륨의 몰비를 조절하고, 소결 온도를 조절함으로써 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 mlKOH/g 촉매의 산점량을 갖도록 제조할 수 있다. In the present invention, by adjusting the molar ratio of the auxiliary metal to platinum and the molar ratio of sodium to platinum, and by adjusting the sintering temperature can be prepared to have an acid point of 20 ~ 150 mlKOH / g catalyst when titrating the catalyst with KOH.

상기 용매는 각각 물 또는 알코올 중에서 선택될 수 있으며, 물이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The solvent may be selected from water or alcohol, respectively, and water is preferred, but is not limited thereto.

각 단계에서 사용되는 금속의 전구체는 통상적으로 사용되는 전구체라면 어떠한 것도 사용가능한데, 일반적으로 금속 클로라이드(Metal chloride), 나이트레이트(Nitrate), 브로마이드(Bromide), 옥사이드(Oxide), 하이드록사이드 (hydroxide)나 아세테이트(Acetate) 전구체로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. The precursor of the metal used in each step may be any of the precursors commonly used. Metal chloride, nitrate, bromide, oxide, and hydroxide are generally used. ) And one or more kinds selected from acetate precursors can be used.

본 발명에서 활성금속 또는 보조 금속 담지 전 1000℃ 내지 1400℃에서 1시간 내지 2시간 동안 소성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 여기서 상기 소성 온도가 1000℃ 미만이거나 열처리 시간이 1시간 미만인 경우에는 금속-알루미나의 형성이 충분하지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 1400℃를 초과하거나 열처리 시간이 2시간을 초과하는 경우에는 지지체의 상이 변성될 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.In the present invention, the method may further include firing at 1000 ° C. to 1400 ° C. for 1 hour to 2 hours before supporting the active metal or auxiliary metal. In the case where the firing temperature is less than 1000 ° C. or the heat treatment time is less than 1 hour, the formation of metal-alumina is not sufficient, and if the heat treatment temperature is more than 1400 ° C. or the heat treatment time is more than 2 hours, It is not preferable because the phase may be denatured.

본 발명의 또 다른 양상은 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3-1.6이고, 백금에 대한 나트륨 성분의 몰비는 6.8-15.3이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 탄화수소 탈수소화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 에탄, 프로판, 노말 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄 또는 옥탄과 같은 선형 탄화수소의 탈수소화에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 프로판의 탈수소화 공정을 통해 프로필렌을 제조하는 공정으로 사용될 수 있으나, 반드시 이러한 공정으로 제한되는 것은 아니다.Another aspect of the present invention is a dehydrogenation catalyst having a platinum group metal, auxiliary metal, alkali metal or alkaline earth metal component supported on a support, wherein the molar ratio of auxiliary metal to platinum is 0.3-1.6, and the molar ratio of sodium component to platinum is 6.8. It is -15.3, and relates to a hydrocarbon dehydrogenation method comprising the step of contacting the catalyst with a dehydrogenation catalyst characterized in that it has an acid content of 20 ~ 150 μmol KOH / g catalyst when titrated with KOH. The process of the present invention can be applied to the dehydrogenation of linear hydrocarbons such as ethane, propane, normal butane, pentane, hexane, heptane or octane. For example, the method of the present invention can be used as a process for producing propylene through the dehydrogenation process of propane, but is not necessarily limited to this process.

탈수소화는 대기압 또는 승압에서 수행될 수 있다. 탄화수소/수소 부피비는 바람직하게는 탈수소화 속도를 최적화하기 위해 0.1 내지 1.5의 범위이다. 비활성화 비율에 비례하여, 다른 부피 비율이 사용될 수도 있다.Dehydrogenation can be carried out at atmospheric or elevated pressure. The hydrocarbon / hydrogen volume ratio is preferably in the range of 0.1 to 1.5 to optimize the rate of dehydrogenation. In proportion to the deactivation rate, other volume ratios may be used.

본 발명에 따른 탄화수소의 탈수소화 방법은, 반응 조건을 가혹하게 할 경우에도 촉매의 성능 감소가 적으며, 비활성화가 심해진 경우에도 장기 사용 안정성의 측면에서 개선된 효과를 보인다. 본 발명의 탈수소화 촉매를 이용하여 고온에서 프로판을 탈수소화 반응시킬 경우 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도, 및 프로필렌 수율을 향상시킬 수 있다. The hydrocarbon dehydrogenation method according to the present invention has a small reduction in the performance of the catalyst even when the reaction conditions are severe, and an improved effect in terms of long-term stability even when the deactivation is severe. Dehydrogenation of propane at high temperatures using the dehydrogenation catalyst of the present invention can improve propane conversion, propylene selectivity in the product, and propylene yield.

본 발명의 촉매는 어떤 탄화수소 종의 수소화 및 탈수소화에도 적합하다. 어떤 비제한적인 예들은 불포화 탄화수소를 덜 포화되거나 또는 완전히 포화된 탄화수소로 전환시키기 위한 것과 같은 수소화 반응; 및 에탄의 에틸렌으로의 전환, 프로판의 프로필렌으로의 전환, 이소부탄의 이소부틸렌으로의 전환 또는 에틸벤젠의 스티렌으로의 전환과 같은 탈수소 반응을 포함한다. 반응물질 탄화수소는 순수한 형태로 제공되거나, 질소 또는 수소와 같은 희석제로 처리되거나, 공기 또는 산소와 조합하거나, 당업계에 알려진 어떤 방법에도 의할 수 있다.The catalyst of the present invention is suitable for the hydrogenation and dehydrogenation of any hydrocarbon species. Some non-limiting examples include hydrogenation reactions such as for converting unsaturated hydrocarbons to less saturated or fully saturated hydrocarbons; And dehydrogenation reactions such as conversion of ethane to ethylene, conversion of propane to propylene, conversion of isobutane to isobutylene or conversion of ethylbenzene to styrene. The reactant hydrocarbons may be provided in pure form, treated with a diluent such as nitrogen or hydrogen, combined with air or oxygen, or by any method known in the art.

이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 구체적인 구현예를 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.An Example is given to the following and this invention is demonstrated in detail. However, the following examples are only for illustrating specific embodiments of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

실시예 Example

탈수소화 분석 촉매의 제조예Preparation Example of Dehydrogenation Assay Catalyst

미국특허 제 4,542,113호에 준하여 제조된 구형의 감마 결정성을 갖는 알루미나를 독일의 사솔(Sasol)사에서 구입하여, 관형의 전기로(고려전기로)를 이용하여 공기의 흐름 300㎖/min 상에서 1050℃의 온도로 2시간 동안 열Alumina having spherical gamma crystallinity prepared according to US Pat. No. 4,542,113 was purchased from Sasol, Germany, and 1050 on a flow of air 300 ml / min using a tubular electric furnace (Korea Electric Furnace). Heat for 2 hours at a temperature of ℃

변형하여 촉매합성의 지지체로 사용하였다. X-ray 분석법을 이용하여 알루미나의 결정성을 측정하였으며, 90% 이상의 세타 결정성을 가지고 있었다.It was modified and used as a support for catalytic synthesis. The crystallinity of alumina was measured by X-ray analysis, and theta crystallinity was over 90%.

상기 열변형된 알루미나 지지체를 사용하여 상온/승온 흡착 담지법으로 촉매를 제조하였다. 주석 염화물(SnCl2, >99%, Sigma)0.0489g, 염산(HCl, > 35%, JUNSEI) 0.6429g, 질산(HNO3, 70%, Yakuri) 0.0804g을 증류수 30g에 넣어 녹인 후, 열변형된 알루미나 20g을 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기 (HAHNSHIN Scientific Co.)를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 회전시켜 건조하였다. 완전한 건조를 위하여 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 700℃ 가열로에서 3시간 동안 열처리하였다. 이후, 주석이 담지된 알루미나 20g을 염화 백금산(H2PtCl66H2O, 99.95%, Aldrich)0.1991g, 염산 0.2143 g, 질산 0.0536 g이 녹아 있는 증류수 31.494g에 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 회전시켜 건조하였고, 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 600℃ 가열로에서 3시간 동안 열처리하였다. 이후, 주석과 백금이 담지된 알루미나 20g을 질산나트륨(NaNO3, >99%, Sigma-Aldrich) 0.5228g, 염산 0.2682g이 녹아있는 증류수 42.0584g에 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 회전시켜 건조하였고, 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 600℃ 가열로에서 3시간 동안 열처리하여 탈수소화 촉매를 제조하였다.Using the heat-modified alumina support, a catalyst was prepared by a room temperature / temperature adsorption support method. 0.0489 g of tin chloride (SnCl 2 ,> 99%, Sigma), 0.6429 g of hydrochloric acid (HCl,> 35%, JUNSEI), and 0.0804 g of nitric acid (HNO 3 , 70%, Yakuri) were dissolved in 30 g of distilled water, followed by thermal deformation. 20 g of alumina was added and supported. The supporting solution was dried using a rotary evaporator (HAHNSHIN Scientific Co.), stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and then dried by rotating at 25 rpm for 1.5 hours at 80 ° C under reduced pressure. For complete drying it was dried for 15 hours in a 105 ℃ oven, heat-treated for 3 hours in a 700 ℃ heating furnace. Thereafter, 20 g of tin-supported alumina was added to 31.494 g of distilled water in which 0.1991 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 6H 2 O, 99.95%, Aldrich), 0.2143 g of hydrochloric acid, and 0.0536 g of nitric acid were dissolved. The supporting solution was dried using a rotary evaporator, stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and then dried at 25 rpm for 1.5 hours at 80 ° C under reduced pressure, dried for 15 hours in an oven at 105 ° C, 600 Heat treatment was performed for 3 hours in a heating furnace. Thereafter, 20 g of alumina loaded with tin and platinum was added to 42.0584 g of distilled water in which 0.5228 g of sodium nitrate (NaNO 3 ,> 99%, Sigma-Aldrich) and 0.2682 g of hydrochloric acid were dissolved. The supporting solution was dried using a rotary evaporator, and stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and then dried at 25 rpm for 1.5 hours at 80 ° C. under reduced pressure, and dried for 15 hours in an oven at 105 ° C., 600 The dehydrogenation catalyst was prepared by heat treatment for 3 hours in a heating furnace.

하기 표 1에 나타낸 물리적 물성(백금에 대한 보조금속의 몰비, 산점량)이 서로 다른 알루미나를 이용하여 상기의 제조방법으로 촉매를 제조하였다. The catalyst was prepared by the above preparation method using alumina having different physical properties (molar ratio of auxiliary metal to platinum, acid content) in Table 1 below.

실시예 1~4Examples 1-4

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 보조금속에 대한 백금의 밀도 또는 산점량이 본 발명의 범위에 포함되는 다양한 탈수소화 촉매를 제조하였다.As shown in Table 1 below, various dehydrogenation catalysts were prepared to include the density or acidity of platinum for the auxiliary metals within the scope of the present invention.

비교예 1~3 Comparative Examples 1 to 3

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 나트륨에 대한 백금의 밀도 또는 촉매의 산점량을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탈수소화 촉매를 제조하였다. 비교예3에서는 나트륨 담지 시, 오직 증류수로만 담지액을 사용하여 제조하였다.As shown in Table 1, the dehydrogenation catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except for changing the density of platinum to sodium or the acid point amount of the catalyst. In Comparative Example 3, when the sodium was supported, it was prepared using the supporting liquid only with distilled water.

실험예 1 : 탈수소화 촉매의 성능 실험Experimental Example 1 Performance Test of Dehydrogenation Catalyst

보조금속(주석)에 대한 백금의 몰비 또는 촉매의 산점량을 변화시키면서, 상기 촉매 성능 평가 방법에 기재된 절차에 따라서 탈수소 반응을 수행하였고, 선택도, 전환율 및 수율을 측정하였다. 측정 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.Dehydrogenation was carried out according to the procedure described in the above catalyst performance evaluation method while varying the molar ratio of platinum to the auxiliary metal (tin) or the acid point amount of the catalyst, and the selectivity, conversion and yield were measured. The measurement results are shown in Table 1 below.

[촉매 성능 평가 방법][Catalyst Performance Evaluation Method]

본 발명에 따른 탈수소화 촉매의 성능은 아래와 같은 방법으로 평가하였다, The performance of the dehydrogenation catalyst according to the present invention was evaluated by the following method,

실시예 1~4 및 비교예 1~3에서 제조된 촉매들 3.2 ㎖를 부피가 7 ㎖인 석영반응기 내에 각각 충진한 후, 프로판과 수소의 혼합기체를 공급하여 탈수소 반응을 각각 수행하였다. 이때, 수소와 프로판의 비율은 0.2:1로 고정하였으며, 단열조건 하에서 반응온도는 620℃, 절대압력은 0.5 atm, 액체공간속도는 15hr-1로 유지하면서 탈수소 반응을 수행하였다. 반응 후의 기체 조성은 반응 장치와 연결된 기체 크로마토그래피로 분석하여, 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도 및 수율을 측정하였다. 3.2 ml of the catalysts prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were respectively filled in a quartz reactor having a volume of 7 ml, and then a mixed gas of propane and hydrogen was supplied to dehydrogenation, respectively. At this time, the ratio of hydrogen and propane was fixed at 0.2: 1, and under adiabatic conditions, the reaction temperature was 620 ° C, the absolute pressure was 0.5 atm, and the liquid space velocity was maintained at 15hr -1 to perform dehydrogenation. The gas composition after the reaction was analyzed by gas chromatography connected with the reaction apparatus to measure propane conversion, propylene selectivity and yield in the product.

실시예Example 비교예Comparative example 단위unit 1One 22 33 44 1One 22 33 PtPt wt%wt% 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 SnSn wt%wt% 0.20.2 0.20.2 0.30.3 0.30.3 0.20.2 0.20.2 0.20.2 NaNa wt%wt% 0.70.7 0.80.8 0.70.7 0.80.8 0.40.4 0.90.9 0.70.7 H2/HCH 2 / HC 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 반응압력Reaction pressure kgf/㎠kgf / ㎠ 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 LHSVLHSV h-1 h -1 1515 1515 1515 1515 1515 1515 1515 반응온도Reaction temperature 620620 620620 620620 620620 620620 620620 620620 산점량Scatter μmolKOH/g μmolKOH / g 115115 7575 5959 3636 160160 6565 110110 비표면적Specific surface area ㎥/g㎥ / g 84.584.5 86.686.6 83.983.9 83.383.3 83.983.9 87.087.0 83.783.7 전환율Conversion rate % % 26.926.9 25.725.7 29.629.6 28.828.8 23.923.9 24.824.8 20.820.8 선택도Selectivity % % 94.794.7 94.594.5 94.894.8 95.095.0 94.594.5 94.594.5 94.594.5 수율yield % % 25.525.5 24.324.3 28.028.0 27.427.4 22.622.6 23.523.5 19.719.7 코크함량Coke Content wt% wt% 4.84.8 3.53.5 1.51.5 0.40.4 5.95.9 3.63.6 3.43.4

상기 표 1의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 나트륨 함량이 0.4인 비교예 1의 촉매는 본 발명의 촉매(실시예 1~4)에 비해 소량의 나트륨으로 지지체의 산점이 많아 비활성화 속도가 빠르며 코크도 많이 침적되었다. 한편, 나트륨의 함량이 0.9인 비교예 2의 촉매는 본 발명의 촉매(실시예 1~4)에 비해 과량의 나트륨이 담지되어 촉매의 활성이 저하되었다. 또한, 나트륨의 담지액을 물만 사용한 비교예 3의 촉매는 나트륨이 지지체 위에 제대로 분산이 되지 않아 낮은 촉매 활성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 주석의 함량이 증가하면 지지체의 중화효과뿐만 아니라 주석이 백금의 전자밀도를 증가시켜 탈착 속도를 향상시켜 촉매 활성이 증가하므로, 본 발명의 촉매에서 백금에 대한 주석의 몰비가 증가하였을 때도 촉매 성능이 향상하는 것을 확인할 수 있다. As confirmed through the results in Table 1, the catalyst of Comparative Example 1 having a sodium content of 0.4 has a small amount of sodium in the support as compared to the catalysts of the present invention (Examples 1 to 4), and thus the deactivation rate is fast and coke. Also was deposited a lot. On the other hand, the catalyst of Comparative Example 2 having a sodium content of 0.9 was loaded with excess sodium as compared to the catalysts of the present invention (Examples 1 to 4), thereby degrading the activity of the catalyst. In addition, it can be seen that the catalyst of Comparative Example 3 using only the supporting solution of sodium as water has low catalytic activity because sodium is not dispersed properly on the support. In addition, since the content of tin increases, the catalyst activity increases by increasing the desorption rate by increasing the electron density of platinum as well as the neutralizing effect of the support. Thus, even when the molar ratio of tin to platinum in the catalyst of the present invention is increased, You can see the performance increase.

또한, 산점량이 본 발명의 범위 내인 경우에는 수소/탄화수소비 하향 조건에서도 탈수소 공정을 진행할 수 있어, 공정 수율을 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 산점량이 조정된 본 발명의 촉매를 사용하여 산화 탈수소 반응을 수행한 결과, 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도, 및 프로필렌 수율이 높게 나타나 매우 우수한 촉매 활성을 나타내었다. 따라서 본 발명의 산화 탈수소 촉매는 프로판 산화 탈수소 반응에서 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도, 및 프로필렌 수율을 높게 나타내어 매우 높은 촉매 활성을 나타냄을 알 수 있다.In addition, when the amount of acid in the range is within the scope of the present invention, it can be confirmed that the dehydrogenation process can be performed even under the hydrogen / hydrocarbon ratio lowering conditions, thereby improving the process yield. In addition, oxidative dehydrogenation reaction was carried out using the catalyst of the present invention in which the acid point was adjusted, resulting in high propane conversion, propylene selectivity in the product, and propylene yield, indicating very good catalytic activity. Therefore, it can be seen that the oxidative dehydrogenation catalyst of the present invention exhibits very high catalytic activity due to high propane conversion, propylene selectivity, and propylene yield in the propane oxidative dehydrogenation reaction.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단지 예시를 위한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능하다는 것을 이해할 것이며, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.While the above has been described in detail with respect to preferred embodiments of the present invention, this description is for illustrative purposes only, those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications, changes within the spirit and scope of the present invention It will be understood that additions, additions, and the like, and such modifications and changes should be understood as belonging to the protection scope of the present invention as defined by the following claims.

Claims (16)

지지체에 백금족 금속, 보조금속, 나트륨 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 백금족 금속에 대한 나트륨의 몰비는 6.8~15.3이고, 백금족 금속에 대한 보조금속의 몰비는 0.3 ~ 1.6이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.Dehydrogenation catalyst supporting platinum group metal, auxiliary metal, and sodium component on the support, the molar ratio of sodium to platinum group metal is 6.8 to 15.3, the molar ratio of auxiliary metal to platinum group metal is 0.3 to 1.6, and when titrating the catalyst with KOH Dehydrogenation catalyst, characterized in that it has an acid point amount of 20 ~ 150 μmol KOH / g catalyst. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 촉매 총 중량에 대해 백금족 금속 0.3~0.8 중량%, 보조금속으로서 주석 성분 0.1 ~ 0.5 중량% 및 나트륨 성분 0.4~0.9 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the catalyst comprises 0.3-0.8 wt% of platinum group metal, 0.1-0.5 wt% of tin component and 0.4-0.9 wt% of sodium component, based on the total weight of the catalyst. . 제1항에 있어서, 상기 촉매는 0.55~0.9 g/cc의 체적밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the catalyst has a volume density of 0.55 to 0.9 g / cc. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, Cr2O3 및 Nb2O5 및 이들의 혼합 성분으로 구성되는 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the support is selected from the group consisting of TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Cr 2 O 3, and Nb 2 O 5 and mixed components thereof. . 제4항에 있어서, 상기 지지체는 90% 이상이 θ-결정상인 알루미나인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.5. The dehydrogenation catalyst of claim 4, wherein the support is alumina having at least 90% of θ-crystalline phase. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1∼2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1∼21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 지지체임을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.According to claim 1, wherein the support has an average pore size of 5 to 100 nm, a meso pore having a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 / g and an average pore size of 0.1 to 20 ㎛, a total pore volume of 0.1 to 21 Dehydrogenation catalyst, characterized in that the support including all of the macropores of cm 3 / g. 제1항에 있어서, 상기 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐 및 오스뮴의 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the platinum group metal is at least one selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, and osmium. 제1항에 있어서, 상기 보조금속은 주석, 게르마늄, 갈륨, 인듐, 아연 및 망간으로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the auxiliary metal is at least one selected from the group consisting of tin, germanium, gallium, indium, zinc, and manganese. 제1항에 있어서, 상기 보조금속은 주석인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the auxiliary metal is tin. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 비표면적이 75~140 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.The dehydrogenation catalyst of claim 1, wherein the support has a specific surface area of 75 to 140 m 2 / g. 탄화수소의 탈수소화 반응용 촉매의 제조방법에 있어서,
이원 기공 특성을 갖는 지지체를 제공하는 단계;
상기 지지체에 나트륨 전구체를 분산시켜 지지체 내에 나트륨을 담지하는 단계;
상기 나트륨/지지체 촉매에 주석과 백금을 순차적으로 함침, 건조 및 소성하여 백금-주석-나트륨/알루미나 지지체 촉매를 제조하는 단계를 포함하되,
백금에 대한 나트륨의 몰비는 6.8~15.3이고, 백금에 대한 보조금속의 몰비는 0.3 ~ 1.6이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법.
In the method for producing a catalyst for the dehydrogenation reaction of a hydrocarbon,
Providing a support having binary pore properties;
Dispersing a sodium precursor on the support to support sodium in the support;
Sequentially impregnating, drying, and calcining the sodium / support catalyst with tin and platinum to prepare a platinum-tin-sodium / alumina support catalyst,
The molar ratio of sodium to platinum is 6.8 to 15.3, the molar ratio of auxiliary metals to platinum is 0.3 to 1.6, and when the catalyst is titrated with KOH, the dehydrogenation catalyst is characterized in that it has an acid point of 20 to 150 μmol KOH / g catalyst. Manufacturing method.
제11항에 있어서, 상기 이원 기공 특성을 갖는 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1∼2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1∼21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 지지체임을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법.The mesopore according to claim 11, wherein the support having dual pore characteristics has an average pore size of 5 to 100 nm, a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 / g, and an average pore size of 0.1 to 20 μm, and total pore size. A method for producing a dehydrogenation catalyst, characterized in that the support comprises all of the macropores having a volume of 0.1 to 21 cm 3 / g. 제11항에 있어서, 상기 지지체는 90% 이상이 세타-결정상인 알루미나(Al2O3)이고, 보조금속은 주석인 것을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법. The method of claim 11, wherein the support is alumina (Al 2 O 3 ) having at least 90% of theta-crystalline phase, and the auxiliary metal is tin. 제11항에 있어서, 상기 방법은 활성금속 또는 보조 금속 담지 전 1000℃ 내지 1400℃에서 1시간 내지 2시간 동안 소성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법. The method of claim 11, wherein the method further comprises calcining at 1000 ° C. to 1400 ° C. for 1 hour to 2 hours before supporting the active metal or auxiliary metal. 탄화수소를 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 탄화수소 탈수소화 방법.A method of hydrocarbon dehydrogenation comprising contacting a hydrocarbon with the dehydrogenation catalyst of any one of claims 1 to 10. 제15항에 있어서, 상기 탄화수소는 에탄, 프로판, 프로판, 노말 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄 또는 옥탄 중 1종을 포함하는 것인 탄화수소 탈수소화 방법. The method of claim 15, wherein the hydrocarbon comprises one of ethane, propane, propane, normal butane, pentane, hexane, heptane or octane.
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