KR102052239B1 - Oxidative dehydrogenation catalyst, method for manufacturing catalyst and method for manufacturing propylene - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계; 및 상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하는 단계를 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조방법에 대한 것이다.The present invention comprises the steps of mixing the aqueous solution containing a surfactant and the aqueous solution of a magnesium oxide precursor to form a magnesium oxide carrier; And adding the magnesium oxide carrier to the vanadium oxide precursor aqueous solution.

Description

산화 탈수소 촉매, 이의 제조방법 및 프로필렌의 제조방법{OXIDATIVE DEHYDROGENATION CATALYST, METHOD FOR MANUFACTURING CATALYST AND METHOD FOR MANUFACTURING PROPYLENE}OXIDATIVE DEHYDROGENATION CATALYST, METHOD FOR MANUFACTURING CATALYST AND METHOD FOR MANUFACTURING PROPYLENE}

본 명세서는 산화 탈수소 촉매, 이의 제조방법 및 프로필렌의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to an oxidative dehydrogenation catalyst, a method for preparing the same, and a method for preparing propylene.

일반적으로 탄화수소 기체, 특히 프로판의 경우 백금과 같은 귀금속계 또는 크롬과 같은 산화물계 탈수소 촉매를 사용하여 이 프로판으로부터 프로필렌을 제조하는 공정이 공업적으로 널리 실시되고 있다. 또한, 프로판으로부터 프로필렌으로의 전환공정은 프로필렌 옥사이드, 아크릴로 나이트릴, 폴리프로필렌의 수요가 증가함에 따라서 그 중요성이 점점 커지고 있다.In general, in the case of hydrocarbon gases, in particular, propane, a process for producing propylene from propane using a noble metal type such as platinum or an oxide type dehydrogenation catalyst such as chromium is widely practiced industrially. In addition, the conversion of propane to propylene is of increasing importance as demand for propylene oxide, acrylonitrile, and polypropylene increases.

프로판 탈수소 반응은 흡열 반응이기 때문에 단열 반응 장치의 반응에서는 반응의 진행과 함께 반응 온도가 저하되므로 프로필렌의 생산량을 증가시키기 위해서는 추가적인 반응열을 일정하게 공급해 주어야 한다. 또한, 프로판 탈수소 반응은 열역학적으로 최대 프로필렌의 수율이 제한받는 가역반응에 의한 평형 반응이기 때문에 높은 전환율을 얻기 어려웠다.Since propane dehydrogenation is an endothermic reaction, the reaction temperature in the reaction of the adiabatic reaction apparatus decreases with the progress of the reaction, so that additional heat of reaction must be constantly supplied to increase the yield of propylene. In addition, the propane dehydrogenation reaction was difficult to obtain high conversion because it is an equilibrium reaction by a reversible reaction in which the yield of maximum propylene is limited thermodynamically.

이후, 프로판과 산화제를 동시에 첨가하여 탈수소 반응에서 생성된 수소를 산화 촉매를 사용하여 선택적으로 산화시키는 산화반응에 의해 발생되는 열을 이용하면 탈수소 반응에 비해 공급되는 열량이 줄일 수 있는 산화 탈수소 공정이 제안되었다.Then, by using the heat generated by the oxidation reaction to selectively oxidize hydrogen generated in the dehydrogenation reaction by adding propane and oxidant simultaneously using an oxidation catalyst, an oxidative dehydrogenation process that can reduce the amount of heat supplied compared to the dehydrogenation reaction Proposed.

대한민국 특허 공개 공보 제10-1994-0013597호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1994-0013597

본 명세서는 산화 탈수소 촉매의 제조방법 및 산화 탈수소 촉매를 이용한 프로필렌의 제조방법을 제공하고자 한다.The present specification is to provide a method for preparing an oxidative dehydrogenation catalyst and a method for preparing propylene using an oxidative dehydrogenation catalyst.

본 발명의 일 실시상태는 계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계; 및 상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하는 단계를 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention comprises the steps of mixing an aqueous solution containing a surfactant with an aqueous solution of a magnesium oxide precursor to form a magnesium oxide carrier; And it provides a method for producing an oxidative dehydrogenation catalyst comprising the step of adding the magnesium oxide carrier to the aqueous solution of vanadium oxide precursor.

또한, 본 발명의 일 실시상태는 산화 마그네슘 담체 및 상기 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present invention provides an oxide dehydrogenation catalyst including a magnesium oxide carrier and vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier.

본 발명의 또 하나의 실시상태는 산화 탈수소 촉매, 프로판 가스 및 산소 가스를 반응시켜 프로필렌을 제조하는 단계를 포함하는 프로필렌의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method for producing propylene, comprising the step of preparing propylene by reacting an oxidative dehydrogenation catalyst, propane gas and oxygen gas.

본 발명의 일 실시상태에 따른 산화 마그네슘 담체에 산화 바나듐을 담지시킨 산화 탈수소 촉매는 프로판의 산화적 탈수소화 반응(Propane Oxidative Dehydrogenation, PODH)의 촉매로서 사용된다. 상기 산화 탈수소 촉매를 이용하여 프로판의 산화 탈수소화 반응을 진행하는 경우에, 높은 촉매 활성이 나타난다.An oxidative dehydrogenation catalyst having vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier according to one embodiment of the present invention is used as a catalyst for propane oxidative dehydrogenation (PODH) of propane. When the oxidative dehydrogenation reaction of propane is carried out using the oxidative dehydrogenation catalyst, high catalytic activity is exhibited.

본 발명의 일 실시상태에 따른 산화 탈수소 촉매의 제조방법으로 산화 탈수소 촉매를 제조하는 경우에, 침전(Precipitation) 과정을 활용하기 때문에 산화 마그네슘 담체를 대용량으로 제조하기에 용이하다. When the oxidative dehydrogenation catalyst is manufactured by the method for preparing the oxidative dehydrogenation catalyst according to the exemplary embodiment of the present invention, it is easy to prepare a magnesium oxide carrier at a large capacity because it utilizes a precipitation process.

도 1은 본 명세서의 제조예에 따른 산화 탈수소 촉매의 X-선 회절 분석 그래프이다.
도 2는 본 명세서의 제조예에 따른 산화 탈수소 촉매의 질소 흡탈착 등온선 그래프이다.
도 3은 본 명세서의 제조예에 따른 산화 탈수소 촉매의 투과전자현미경(TEM) 사진을 나타낸 것이다.
1 is an X-ray diffraction graph of an oxidative dehydrogenation catalyst according to a preparation example of the present specification.
2 is a nitrogen adsorption-desorption isotherm graph of the oxidative dehydrogenation catalyst according to the preparation example of the present specification.
3 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph of an oxidative dehydrogenation catalyst according to a preparation example of the present specification.

이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present specification will be described in more detail.

본 발명의 일 실시상태는 계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계; 및 상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하는 단계를 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention comprises the steps of mixing an aqueous solution containing a surfactant with an aqueous solution of a magnesium oxide precursor to form a magnesium oxide carrier; And it provides a method for producing an oxidative dehydrogenation catalyst comprising the step of adding the magnesium oxide carrier to the aqueous solution of vanadium oxide precursor.

본 발명의 일 실시상태에 따른 산화 탈수소 촉매의 제조방법은 간단한 침전(Precipitation) 과정을 이용하여 산화 마그네슘 담체를 제조하기 때문에, 대용량으로 제조하기 용이하다. In the method for preparing an oxidative dehydrogenation catalyst according to an exemplary embodiment of the present invention, since a magnesium oxide carrier is prepared using a simple precipitation process, it is easy to prepare a large capacity.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따라 계면활성제를 이용하여 얻어진 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐은 상용 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐 촉매에 비하여 높은 촉매 활성을 보인다. 이는, 본 발명의 제조방법에 따른 산화 마그네슘 담체는 상용 산화 마그네슘 담체에 비하여 비표면적과 기공 부피가 커서 산화 바나듐 촉매가 산화 마그네슘 담체의 표면 또는 내부에 고르게 분산될 수 있기 때문이다.In addition, the vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier obtained using the surfactant according to one embodiment of the present invention shows higher catalytic activity than the vanadium oxide catalyst supported on the commercial magnesium oxide carrier. This is because the magnesium oxide carrier according to the production method of the present invention has a larger specific surface area and pore volume than commercial magnesium oxide carriers, so that the vanadium oxide catalyst can be uniformly dispersed on the surface or inside of the magnesium oxide carrier.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 계면활성제는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시된다.In one embodiment of the present invention, the surfactant is represented by the following formula (1) or (2).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112016055108594-pat00001
Figure 112016055108594-pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112016055108594-pat00002
Figure 112016055108594-pat00002

상기 화학식 1 및 2에 있어서,In Chemical Formulas 1 and 2,

x1, y1, z1, x2, y2 및 z2는 각각 1 내지 150의 정수이다.x1, y1, z1, x2, y2 and z2 are each an integer of 1-150.

본 발명의 일 실시상태에 따른 산화 탈수소 촉매의 제조방법에 있어서, 촉매 활성 수준을 원하는 정도로 조절하기 위하여 계면활성제의 종류를 변화시켜 촉매를 제조할 수 있다.In the method for preparing an oxidative dehydrogenation catalyst according to an exemplary embodiment of the present invention, the catalyst may be prepared by changing the type of surfactant to adjust the level of catalyst activity to a desired degree.

일 실시상태에 있어서, 상기 계면활성제로 바스프(BASF) 사의 Pluronic® P123 또는 Pluronic® F127을 이용할 수 있다.In one embodiment, Pluronic® P123 or Pluronic® F127 from BASF may be used as the surfactant.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계는 계면활성제를 포함하는 수용액을 먼저 준비한 뒤 산화 마그네슘 전구체 수용액을 더하거나, 또는 산화 마그네슘 전구체 수용액을 먼저 준비한 뒤 계면활성제를 더하는 방법에 의할 수 있다.In the exemplary embodiment of the present specification, the forming of the magnesium oxide carrier may include preparing an aqueous solution containing a surfactant first and then adding an aqueous magnesium oxide precursor solution, or preparing a magnesium oxide precursor aqueous solution first and then adding a surfactant. You can.

본 명세서에서, "수용액"의 용매로는 물을 사용하거나, 또는 물과 다른 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.In the present specification, the solvent of the "aqueous solution" may be water, or a mixture of water and another solvent may be used.

본 명세서에서, 상기 "계면활성제를 포함하는 수용액", "산화 마그네슘 전구체 수용액" 및 "산화 바나듐 전구체 수용액"의 농도는 당 기술분야에서 알려진 내용을 적용하여 적절하게 선택할 수 있으며, 그 범위는 특별히 한정되지 않는다.In the present specification, the concentrations of the "aqueous solution containing surfactant", "aqueous solution of magnesium oxide precursor" and "aqueous solution of vanadium oxide" may be appropriately selected by applying the contents known in the art, and the range thereof is particularly limited. It doesn't work

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계는 염기성 조건 하에서 수행될 수 있다. 상기 "염기성 조건"은 용액의 pH가 8 이상인 것을 의미한다.In one embodiment of the present invention, the step of mixing the aqueous solution containing a surfactant and the aqueous solution of a magnesium oxide precursor to form a magnesium oxide carrier may be carried out under basic conditions. Said "basic condition" means that the pH of the solution is 8 or more.

일 실시상태에 있어서, 계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계는 pH 8 내지 12의 조건 하에서 수행될 수 있다. 더욱 바람직하게는 pH 9 내지 11의 조건 하에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of mixing the aqueous solution containing the surfactant and the aqueous solution of the magnesium oxide precursor to form a magnesium oxide carrier may be carried out under the conditions of pH 8 to 12. More preferably it may be carried out under the conditions of pH 9 to 11.

일 예에 있어서, 계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계는 수산화 암모늄 수용액(NH4OH)를 적가하여 계면활성제 수용액의 pH를 10으로 유지하면서 이와 동시에 수행될 수 있다. 다만, 용액을 염기성으로 조절하는 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.In one example, the step of mixing the aqueous solution containing a surfactant and the magnesium oxide precursor solution to form a magnesium oxide carrier is added dropwise to the aqueous ammonium hydroxide solution (NH 4 OH) while maintaining the pH of the aqueous solution of surfactant at 10 Can be performed. However, the method of adjusting the solution to basic is not limited thereto.

본 명세서에서, "전구체"는 반응에서 특정물질이 되기 전 단계의 물질을 의미하며, 화학반응에서 최종적으로 얻을 수 있는 특정물질이 되기 전 단계의 물질을 의미한다. 예를 들어, 본 명세서에서 상기 산화 바나듐 전구체는 반응을 통해 산화 바나듐이 되기 전 단계의 물질을 의미하며, 특별히 한정하지 않는다. 구체적으로, 상기 산화 바나듐 전구체는 바나듐(V) 산화수가 +3 내지 +5인 화합물을 사용할 수 있으며, NH4VO3, VOSO4, VCl3 및 수화물(xH2O) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As used herein, the term "precursor" means a substance before a specific substance in a reaction, and means a substance before a specific substance finally obtained in a chemical reaction. For example, in the present specification, the vanadium oxide precursor means a material before becoming vanadium oxide through a reaction, and is not particularly limited. Specifically, the vanadium oxide precursor may use a compound having a vanadium (V) oxidation number of +3 to +5, and may include at least one of NH 4 VO 3 , VOSO 4 , VCl 3, and a hydrate (xH 2 O). have.

일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 전구체로서 질산 마그네슘 6수화물(Mg(NO3)26H20) 등을 이용할 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 6H 2 0) or the like may be used as the magnesium oxide precursor, but is not limited thereto.

일 실시상태에 있어서, 상기 산화 바나듐 전구체로서 메타바나딘산 암모늄(NH4VO3) 등을 이용할 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) or the like may be used as the vanadium oxide precursor, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 바나듐은 비결정성 산화 바나듐을 포함할 수 있다. 상기 비결정성 산화 바나듐은 VO4 및 V2O7 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the vanadium oxide may include amorphous vanadium oxide. The amorphous vanadium oxide may include at least one of VO 4 and V 2 O 7 .

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 바나듐은 결정성 산화 바나듐을 포함하지 않거나 미비한 양의 결정성 산화 바나듐을 포함할 수 있다. 상기 결정성 산화 바나듐은 V2O5로 표시되며, 상기 산화 바나듐에 결정성 산화 바나듐인 V2O5이 일정 이상 포함되는 경우, 산화 탈수소 촉매의 반응성을 낮추어 프로판 산화탈수소화 반응에 사용될 때 프로필렌으로의 전환 수율이 낮을 수 있다.In one embodiment of the present specification, the vanadium oxide may include no crystalline vanadium oxide or may include an insufficient amount of crystalline vanadium oxide. The crystalline vanadium oxide is represented by V 2 O 5, if the vanadium oxide crystalline vanadium oxide is V 2 O 5 is included above a certain, when lowering the reactivity of the oxide dehydrogenation catalyst used in the propane oxidation dehydrogenation propylene The conversion yield to can be low.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체의 표면에 구비된 산화 바나듐은, 산화 마그네슘 담체 상에 산화 바나듐의 단분자가 결합되어 이루어진 층일 수 있다. 또한, 제조 과정 중 옥살산 2수화물과 바나듐 전구체 간의 반응에 의하여 생성되는 옥살산 바나듐 형태와 산화 마그네슘 담체의 반응에 의하여, 바나듐과 마그네슘이 마그네슘 오르소바나데이트(Mg3V2O8, Magnesium orthovanadate) 및 마그네슘 피로바나데이트(Mg2V2O7, Magnesium pyrovanadate) 등의 복합 결정상을 이룰 수 있다.In one embodiment of the present specification, the vanadium oxide provided on the surface of the magnesium oxide support may be a layer formed by combining single molecules of vanadium oxide on the magnesium oxide support. In addition, vanadium and magnesium may be formed into magnesium orthovanadate (Mg 3 V 2 O 8 , Magnesium orthovanadate) by the reaction of the oxalate vanadium form and the magnesium oxide carrier produced by the reaction between the oxalic acid dihydrate and the vanadium precursor during the manufacturing process. Magnesium pyrovanadate (Mg 2 V 2 O 7 , Magnesium pyrovanadate) and the like can form a complex crystal phase.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하는 단계는, 상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하여 산화 마그네슘 담체의 표면에 산화 바나듐 전구체를 구비하는 단계; 및 상기 산화 마그네슘 담체의 표면에 산화 바나듐 전구체가 구비된 산화 마그네슘 담체를 소성하여, 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 형성하는 단계를 포함한다.In an exemplary embodiment of the present specification, the adding of the magnesium oxide carrier to the aqueous solution of vanadium oxide precursor includes: adding the magnesium oxide carrier to the aqueous solution of vanadium oxide precursor to provide a vanadium oxide precursor on the surface of the magnesium oxide carrier; And calcining the magnesium oxide carrier having the vanadium oxide precursor on the surface of the magnesium oxide carrier to form vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 형성하는 단계 이후에, 상기 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 건조 및 소성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, after the forming of the vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier, the method may further include drying and calcining the vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier.

일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 건조 및 소성하는 단계는 당 기술분야에 알려져 있는 방법들을 이용할 수 있다. 구체적으로, 고온 전기로를 이용하여 550℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 열처리 하는 방법을 이용할 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the step of drying and calcining the vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier may use methods known in the art. Specifically, a method of heat treatment for 5 hours or more at a temperature of 550 ° C. or more using a high temperature electric furnace may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시상태는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 산화 탈수소 촉매를 제공한다.One embodiment of the present invention provides an oxidative dehydrogenation catalyst prepared by the above-described preparation method.

본 발명의 또 다른 실시상태는 산화 마그네슘 담체 및 상기 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides an oxide dehydrogenation catalyst comprising a magnesium oxide carrier and vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 탈수소 촉매의 총 중량을 기준으로, 바나듐 원자의 담지량은 1 내지 50 중량%이다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체의 기공 부피는 0.5 cm3/g 이상이다. 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체의 기공 부피는 0.7 cm3/g 이상이다.In one embodiment of the present specification, the supported amount of vanadium atoms is 1 to 50% by weight based on the total weight of the oxidative dehydrogenation catalyst. In one embodiment of the present specification, the pore volume of the magnesium oxide carrier is 0.5 cm 3 / g or more. In one embodiment, the pore volume of the magnesium oxide carrier is 0.7 cm 3 / g or more.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체의 비표면적은 50 m3/g 이상이다. 일 실시상태에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체의 비표면적은 100 m3/g 이상이다.In one embodiment of the present specification, the specific surface area of the magnesium oxide carrier is 50 m 3 / g or more. In one embodiment, the specific surface area of the magnesium oxide carrier is 100 m 3 / g or more.

상기 산화 탈수소 촉매의 기공 부피 및 비표면적은 질소 흡탈착 분석(Nitrogen adsorption-desorption measurement)에 의하여 측정할 수 있다. 해당 분석을 수행하기 위한 장비로는 Micromeritics 사의 ASAP 2020, Tristar 등의 장비를 이용할 수 있으나, 특정 사의 장비가 요구되는 것은 아니다. The pore volume and specific surface area of the oxidative dehydrogenation catalyst can be measured by nitrogen adsorption-desorption measurement. Equipment for performing the analysis may be used, such as Micromeritics' ASAP 2020, Tristar, etc., but no specific equipment is required.

질소 흡탈착 분석을 수행하기 이전에, 상기 산화 탈수소 촉매가 50 내지 200 mg 정도 들어 있는 유리 셀(cell)을 150℃ 가열 조건 하에서 진공 펌프를 이용하여 약 6시간 동안 처리하였다. Prior to performing the nitrogen adsorption and desorption analysis, a glass cell containing 50 to 200 mg of the oxidative dehydrogenation catalyst was treated for about 6 hours using a vacuum pump under 150 ° C heating conditions.

이와 같이 전처리된 유리 셀을 상기 분석 장비에 장착시킨 뒤, 액체 질소가 담긴 듀어 용기(Dewar vessel)에 유리 셀이 잠기도록 설치한 상태에서 질소를 흡탈착시키면서 질소 흡탈착 등온선을 얻는다. After the glass cell thus pretreated is mounted on the analytical equipment, nitrogen adsorption and desorption isotherms are obtained while adsorbing and desorbing nitrogen in a state in which the glass cell is immersed in a Dewar vessel containing liquid nitrogen.

상기 분석에 따른 질소 흡탈착 등온선은 상대 압력에 따른 질소 흡착량의 그래프의 형태로 얻어지는데, 이 그래프에서 상대 압력이 0.05 내지 0.30인 범위를 취하여 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 식을 적용하면 BET 법에 의한 비표면적을 산출할 수 있다. 또한, 상기 그래프의 탈착 곡선(Desorption branch)에 대하여 BJH(Barret-Joyner-Hallender) 식을 적용하여 BJH 법에 의하여 기공 부피 및 기공 크기를 산출할 수 있다.The nitrogen adsorption and desorption isotherm according to the analysis is obtained in the form of a graph of nitrogen adsorption amount according to the relative pressure, in which the BET (Brunauer-Emmett-Teller) equation is applied by taking a range in which the relative pressure is 0.05 to 0.30. The specific surface area can be calculated by law. In addition, the pore volume and the pore size may be calculated by the BJH method by applying the Barrett-Joyner-Hallender (BJH) equation to the Desorption branch of the graph.

본 명세서의 일 실시상태는 전술한 산화 탈수소 촉매, 프로판 가스 및 산소 가스를 반응시켜 프로필렌을 제조하는 단계를 포함하는 프로필렌의 제조방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification provides a method for preparing propylene, including the step of preparing propylene by reacting the above-described oxidative dehydrogenation catalyst, propane gas, and oxygen gas.

상기 프로필렌의 제조방법은 본 명세서에 따른 산화 탈수소 촉매를 프로판 산화탈수소화 반응에 사용한다면, 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 프로판 및 산소 가스를 주입하여 프로필렌을 생산하는 공정으로부터 채용할 수 있다.The method for producing propylene is not particularly limited as long as the oxidative dehydrogenation catalyst according to the present invention is used for the propane oxidative dehydrogenation reaction, and may be employed from the process of producing propylene by injecting propane and oxygen gas in the art.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 프로필렌의 제조방법에 대하여, 전술한 산화 탈수소 촉매 및 이의 제조방법의 설명을 인용할 수 있다.In addition, in an exemplary embodiment of the present specification, the description of the above-described oxidative dehydrogenation catalyst and a method for producing the propylene may be cited.

이하, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예Production Example 1 One : P123 계면활성제 수용액을 이용한 : P123 surfactant solution 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체의Carrier 제조 Produce

먼저 100ml의 증류수에 1.2g의 P123((EO)20(PO)70(EO)20, Sigma-Aldrich) 계면활성제를 투입한 뒤, 상온에서 3시간 동안 교반시켜 용해시켰다. 한편 30 ml의 증류수에 10.4g의 질산마그네슘 6수화물(Magnesium Nitrate Hexahydrate; Mg(NO3)26H2O, Sigma-Aldrich)를 용해시킨 뒤, 이 용액을 상기 계면활성제 수용액에 시린지 펌프를 이용하여 30 ml/h의 속도로 가하였다. First, 1.2 g of P123 ((EO) 20 (PO) 70 (EO) 20, Sigma-Aldrich) surfactant was added to 100 ml of distilled water, and then dissolved by stirring at room temperature for 3 hours. Meanwhile, after dissolving 10.4 g of magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3) 26 H 2 O, Sigma-Aldrich) in 30 ml of distilled water, the solution was dissolved in the aqueous surfactant solution by using a syringe pump at 30 ml / h. Was added at a rate of.

이와 동시에 수산화 암모늄 수용액(Ammonium Hydroxide Solution; NH4OH, 삼전화학)을 일회용 피펫으로 적가하면서 계면활성제 수용액의 pH를 10으로 일정하게 유지하면서 마그네슘 성분을 침전시켰다. 이후 얻어진 백색 슬러리(Slurry)를 15시간 동안 추가로 교반한 뒤, 고체 분말을 걸러내면서 증류수로 세척하였다. 얻어진 고체 분말을 100℃의 대류 오븐에서 12시간 동안 건조시키고, 건조된 분말을 고온 전기로를 이용하여 550℃에서 5시간 동안 열처리하여 최종적으로 산화 마그네슘 담체를 얻었다. 해당 담체는 Mg1으로 명명하였다.At the same time, a magnesium component was precipitated while maintaining a constant pH of the aqueous surfactant solution at 10 while dropwise adding an ammonium hydroxide solution (Nm 4 OH, Samjeon Chemical) with a disposable pipette. The white slurry obtained was further stirred for 15 hours, and then washed with distilled water while filtering out the solid powder. The obtained solid powder was dried in a convection oven at 100 ° C. for 12 hours, and the dried powder was heat-treated at 550 ° C. for 5 hours using a high temperature electric furnace to finally obtain a magnesium oxide carrier. The carrier was named Mg1.

제조예Production Example 2 2 : P123 계면활성제 수용액을 이용하여 제조한 : Manufactured Using P123 Aqueous Solution 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체에On the carrier 담지된  Supported 산화 바나듐을Vanadium oxide 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조 Preparation of oxidative dehydrogenation catalyst comprising

먼저 5.3ml의 증류수에 0.069g의 메타바나딘산 암모늄(Ammonium Metavanadate; NH4VO3, 대정화금) 및 0.149g의 옥살산 2수화물(Oxalic Acid Dihydrate; C2H2O4, 대정화금)을 투입한 뒤, 상온에서 30분간 교반시켜 용해시켰다. 상기 용액에 제조예 1에서 얻어진 0.3g의 Mg1 담체를 도입하고, 가열하면서 용매를 증발시켰다. 이후 얻어진 고체 분말을 막자를 이용하여 갈아준 뒤, 100℃의 대류 오븐에서 12시간 동안 추가로 건조시켰다. 이후 건조된 분말을 고온 전기로를 이용하여 550℃에서 10시간 동안 열처리하여 최종적으로 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 얻었다. 해당 촉매는 VMg1으로 명명하였다.First, 0.069 g of ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 , large purified gold) and 0.149 g of oxalic acid dihydrate (C 2 H 2 O 4 , large purified gold) in 5.3 ml of distilled water After the addition, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes to dissolve. 0.3 g of the Mg1 carrier obtained in Preparation Example 1 was introduced into the solution, and the solvent was evaporated while heating. Thereafter, the obtained solid powder was ground using a pestle, and further dried in a convection oven at 100 ° C. for 12 hours. Thereafter, the dried powder was heat-treated at 550 ° C. for 10 hours using a high temperature electric furnace to obtain an oxidized dehydrogenation catalyst including vanadium oxide finally supported on a magnesium oxide carrier. The catalyst was named VMg1.

제조예Production Example 3 3 : F127 계면활성제 수용액을 이용한 : F127 surfactant solution 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체의Carrier 제조 Produce

제조예 1에서 100 ml의 증류수에 1.2 g의 P123((EO)20(PO)70(EO)20, Sigma-Aldrich) 계면활성제를 투입하는 대신에 2.5 g의 F127((EO)106(PO)70(EO)106, Sigma-Aldrich) 계면활성제를 투입하였고, 이외의 과정은 제조예 1과 동일하게 진행하여 산화 마그네슘 담체를 얻었다. 해당 담체는 Mg2로 명명하였다.In Preparation Example 1, 2.5 g of F127 ((EO) 106 (PO) was added to 100 ml of distilled water instead of 1.2 g of P123 ((EO) 20 (PO) 70 (EO) 20 , Sigma-Aldrich) surfactant. 70 (EO) 106 , Sigma-Aldrich) surfactant was added, and the other procedures were carried out in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain a magnesium oxide carrier. The carrier was named Mg2.

제조예Production Example 4 4 : F127 계면활성제 수용액을 이용하여 제조한 : Prepared using aqueous solution of F127 surfactant 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체에On the carrier 담지된  Supported 산화 바나듐을Vanadium oxide 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조 Preparation of oxidative dehydrogenation catalyst comprising

제조예 2에서 0.3 g의 Mg1 담체를 도입하는 대신에 0.3 g의 Mg2 담체를 도입하였고, 이외의 과정은 제조예 2와 동일하게 진행하여 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 얻었다. 해당 촉매는 VMg2로 명명하였다.In Preparation Example 2, instead of introducing 0.3 g of the Mg1 carrier, 0.3 g of the Mg2 carrier was introduced, and the other procedures were performed in the same manner as in Preparation Example 2 to obtain an oxidative dehydrogenation catalyst including vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier. Got it. The catalyst was named VMg2.

제조예Production Example 5 5 : 계면활성제 수용액을 사용하지 않은 : Without surfactant solution 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체의Carrier 제조 Produce

먼저 30 ml의 증류수에 10.4 g의 마그네슘 나이트레이트 헥사하이드레이트(Magnesium Nitrate Hexahydrate; Mg(NO3)26H2O, Sigma-Aldrich)를 용해시킨 뒤, 이 용액을 100 ml의 증류수에 시린지 펌프를 이용하여 30 ml/h의 속도로 가하였다. 이와 동시에 암모늄 하이드록사이드 수용액(Ammonium Hydroxide Solution; NH4OH, Samchun)을 일회용 피펫으로 적가하면서 수용액의 pH를 10으로 일정하게 유지시켰다. 이후 얻어진 백색 슬러리(Slurry)를 15 시간 동안 추가로 교반한 뒤, 고체 분말을 걸러내면서 증류수로 세척하였다. 얻어진 고체 분말을 100℃의 대류 오븐에서 12 시간 동안 건조시키고, 건조된 분말을 고온 전기로를 이용하여 550℃에서 5 시간 동안 열처리하여 최종적으로 산화 마그네슘 담체를 얻었다. 해당 담체는 Mg3으로 명명하였다.First dissolve 10.4 g of Magnesium Nitrate Hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O, Sigma-Aldrich) in 30 ml of distilled water, and then use the syringe pump in 100 ml of distilled water. Was added at a rate of 30 ml / h. At the same time, an aqueous solution of ammonium hydroxide (Ammonium Hydroxide Solution; NH 4 OH, Samchun) was added dropwise with a disposable pipette to keep the pH of the aqueous solution constant at 10. The white slurry obtained was further stirred for 15 hours, and then washed with distilled water while filtering out the solid powder. The obtained solid powder was dried in a convection oven at 100 ° C. for 12 hours, and the dried powder was heat-treated at 550 ° C. for 5 hours using a high temperature electric furnace to finally obtain a magnesium oxide carrier. The carrier was named Mg3.

제조예Production Example 6 6 : 계면활성제 수용액을 사용하지 않고 제조한 : Manufactured Without Using Aqueous Surfactant Solution 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체에On the carrier 담지된  Supported 산화 바나듐을Vanadium oxide 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조 Preparation of oxidative dehydrogenation catalyst comprising

먼저 5.3 ml의 증류수에 0.069 g의 메타바나딘산 암모늄(Ammonium Metavanadate; NH4VO3, 대정화금) 및 0.149 g의 옥살산 2수화물(Oxalic Acid Dihydrate; C2H2O4, 대정화금)을 투입한 뒤, 상온에서 30분간 교반시켜 용해시켰다. 상기 용액에 0.3 g의 제조예 5에서 얻어진 0.3g의 산화 마그네슘 담체(Mg3)를 도입하고, 가열하면서 용매를 증발시켰다. 이후 얻어진 고체 분말을 막자를 이용하여 갈아준 뒤, 100℃의 대류 오븐에서 12시간 동안 추가로 건조시켰다. 이후 건조된 분말을 고온 전기로를 이용하여 550℃에서 10 시간 동안 열처리하여 최종적으로 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 얻었다. 제조된 촉매는 VMg3으로 명명하였다.First, 0.069 g of ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 , large purified gold) and 0.149 g of oxalic acid dihydrate (C 2 H 2 O 4 , large purified gold) in 5.3 ml of distilled water After the addition, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes to dissolve. 0.3 g of magnesium oxide carrier (Mg 3) obtained in 0.3 g of Preparation Example 5 was introduced into the solution, and the solvent was evaporated while heating. Thereafter, the obtained solid powder was ground using a pestle, and further dried in a convection oven at 100 ° C. for 12 hours. Thereafter, the dried powder was heat-treated at 550 ° C. for 10 hours using a high temperature electric furnace to obtain an oxidized dehydrogenation catalyst including vanadium oxide finally supported on a magnesium oxide carrier. The prepared catalyst was named VMg3.

제조예Production Example 7 7 : 상용 Commercial 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체에On the carrier 담지된Supported 산화 바나듐을Vanadium oxide 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조 Preparation of oxidative dehydrogenation catalyst comprising

먼저 5.3 ml의 증류수에 0.069 g의 메타바나딘산 암모늄(Ammonium Metavanadate; NH4VO3, 대정화금) 및 0.149 g의 옥살산 2수화물(Oxalic Acid Dihydrate; C2H2O4, 대정화금)을 투입한 뒤, 상온에서 30 분간 교반시켜 용해시켰다. 상기 용액에 0.3 g의 상용 산화 마그네슘 담체(MgO, Sigma-Aldrich)를 도입하고, 가열하면서 용매를 증발시켰다. 이후 얻어진 고체 분말을 막자를 이용하여 갈아준 뒤, 100℃의 대류 오븐에서 12 시간 동안 추가로 건조시켰다. 이후 건조된 분말을 고온 전기로를 이용하여 550℃에서 10 시간 동안 열처리하여 최종적으로 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 얻었다. 제조된 촉매는 VMg4로 명명하였다.First, 0.069 g of ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 , large purified gold) and 0.149 g of oxalic acid dihydrate (C 2 H 2 O 4 , large purified gold) in 5.3 ml of distilled water After the addition, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes to dissolve. 0.3 g of a commercial magnesium oxide carrier (MgO, Sigma-Aldrich) was introduced into the solution, and the solvent was evaporated while heating. Thereafter, the obtained solid powder was ground using a pestle, and further dried in a convection oven at 100 ° C. for 12 hours. Thereafter, the dried powder was heat-treated at 550 ° C. for 10 hours using a high temperature electric furnace to obtain an oxidized dehydrogenation catalyst including vanadium oxide finally supported on a magnesium oxide carrier. The prepared catalyst was named VMg4.

[제조된 촉매의 결정 구조 분석][Crystal Structure Analysis of Prepared Catalyst]

산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매의 X-선 회절 분석 그래프를 도 1에 나타내었다.An X-ray diffraction analysis graph of an oxidative dehydrogenation catalyst including vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier is shown in FIG. 1.

도 1과 같이 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매의 X-선 회절 분석을 수행한 결과, 제조예 6의 VMg3 및 제조예 7의 VMg4 촉매의 경우 2 theta = 30-40° 부근에서 미세하게 마그네슘 오르소바나데이트(magnesium orthovanadate, Mg3V2O8) 및 마그네슘 피로바나데이트(magnesium pyrovanadate, Mg2V2O7)에 의한 회절 피크를 보인 반면, 제조예 2의 VMg1 및 제조예 4의 VMg2 촉매는 V에 의한 회절 피크를 보이지 않음을 확인할 수 있었다. 이는 계면활성제 수용액을 사용하여 제조한 VMg1 및 VMg2 촉매에서 V이 산화 마그네슘 표면 또는 내부에 고르게 분산되어 있기 때문으로 판단할 수 있다.X-ray diffraction analysis of an oxidative dehydrogenation catalyst including vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier as shown in FIG. 1 showed that 2 theta = 30-40 ° for the VMg3 catalyst of Preparation Example 6 and the VMg4 catalyst of Preparation Example 7. Finely showed diffraction peaks due to magnesium orthovanadate (Mg 3 V 2 O 8 ) and magnesium pyrovanadate (Mg 2 V 2 O 7 ), while VMg1 and Preparation Example 2 VMg2 catalyst of Preparation Example 4 did not show a diffraction peak by V. This may be determined because V is evenly dispersed on or inside the magnesium oxide in the VMg1 and VMg2 catalysts prepared using the aqueous surfactant solution.

[제조된 촉매의 물성 분석][Analysis of Physical Properties of Prepared Catalysts]

산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매의 질소 흡탈착 분석(Nitrogen adsorption-desorption) 그래프를 도 2에 나타내었다.A nitrogen adsorption-desorption graph of an oxidative dehydrogenation catalyst including vanadium oxide is shown in FIG. 2.

도 2와 같이 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매의 질소 흡탈착 분석(Nitrogen adsorption-desorption)을 수행한 결과, 상용 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매(VMg4; 제조예 7)에 비해 나머지 세 촉매는 보다 높은 질소 흡착량을 보였음을 알 수 있다. 특히 계면활성제를 이용한 VMg1 및 VMg2 촉매는 계면활성제를 이용하지 않은 VMg3 촉매에 비해서 높은 질소 흡착량을 보임으로써 보다 발달한 중형기공을 가지고 있음을 나타낸다.As a result of performing nitrogen adsorption-desorption analysis (Nitrogen adsorption-desorption) of the oxidative dehydrogenation catalyst containing vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier as shown in FIG. 2, the oxidative dehydrogenation catalyst containing vanadium oxide supported on the commercial magnesium oxide carrier ( It can be seen that the remaining three catalysts showed higher nitrogen adsorption compared to VMg 4; In particular, the VMg1 and VMg2 catalysts using surfactants show higher nitrogen adsorption than the VMg3 catalysts without surfactants, indicating that they have more advanced medium pores.

산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매의 질소 흡탈착 분석(Nitrogen adsorption-desorption) 결과를 아래 표 1에 정리하였다. VMg4 촉매 (제조예 7)는 침전법에 의해 제조된 타 촉매에 비해 낮은 비표면적과 기공 부피를 나타내었다. 이러한 낮은 물성치를 고려하면, 23.2 nm 수준의 기공 크기는 구조적 기공(Framework Porosity) 보다는 입자 간 공간에 의해 생기는 조직적 기공(Textural Porosity)에 기인하는 것으로 판단된다. 계면활성제를 사용한 VMg1 및 VMg2 촉매는 계면활성제를 이용하지 않은 VMg3 촉매에 비해 향상된 비표면적, 기공 부피 및 기공 크기를 나타내었으며 이로부터 VMg1 및 VMg2 촉매에서의 동일한 담지량의 바나듐 분산이 보다 원활했을 것으로 예측할 수 있다. 또한, F127을 이용한 VMg2 촉매는 P123을 이용한 VMg1 촉매에 비해 높은 비표면적 및 기공 부피를 보였으며 이로부터 프로판의 산화적 탈수소화 반응(Propane Oxidative Dehydrogenation; PODH)에서 VMg2 촉매가 보다 높은 활성을 보일 것으로 예측되었다. 기공 크기는 VMg2 촉매가 VMg1 촉매보다 작으나, 반응물인 프로판과 산소의 분자 크기가 기공 크기에 비해 매우 작은 것을 고려할 때 특별히 반응에서 제한될 만한 요소라고 판단하기는 어렵다.Nitrogen adsorption-desorption results of the oxidative dehydrogenation catalyst including vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier are summarized in Table 1 below. The VMg4 catalyst (Preparation Example 7) showed a lower specific surface area and pore volume than other catalysts prepared by the precipitation method. Considering these low physical properties, the pore size of 23.2 nm is thought to be due to the textural porosity caused by the interstitial space rather than the framework porosity. VMg1 and VMg2 catalysts with surfactants showed improved specific surface area, pore volume, and pore size compared to VMg3 catalysts without surfactants, which would predict that the same loading of vanadium in VMg1 and VMg2 catalysts would be smoother. Can be. In addition, the VMg2 catalyst using F127 showed a higher specific surface area and pore volume than the VMg1 catalyst using P123, and from this, the VMg2 catalyst showed higher activity in Propane Oxidative Dehydrogenation (PODH). It was predicted. The pore size is smaller than that of the VMg1 catalyst, but it is difficult to determine that the molecular size of the reactant propane and oxygen is very limited compared to the pore size.

VMg1 (제조예 2), VMg2 (제조예 4), VMg3 (제조예 6) 및 VMg4 (제조예 7) 촉매의 물성 데이터를 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.Physical properties data of VMg1 (Preparation Example 2), VMg2 (Preparation Example 4), VMg3 (Preparation Example 6) and VMg4 (Preparation Example 7) catalysts were compared and shown in Table 1 below.

하기 데이터 중 산화 탈수소 촉매의 비표면적과 기공 부피는 전술한 측정 방법을 이용하여 측정하였다.The specific surface area and pore volume of the oxidative dehydrogenation catalyst in the following data were measured using the above-described measuring method.

촉매catalyst VMg1
(제조예 2)
VMg1
(Manufacture example 2)
VMg2
(제조예 4)
VMg2
(Manufacture example 4)
VMg3
(제조예 6)
VMg3
(Manufacture example 6)
VMg4
(제조예 7)
VMg4
(Manufacture example 7)
비표면적
(m2/g)
Specific surface area
(m 2 / g)
112112 153153 8282 1212
기공 부피
(cm3/g)
Pore volume
(cm 3 / g)
0.740.74 0.780.78 0.270.27 0.060.06
기공 크기
(nm)
Pore size
(nm)
27.327.3 16.916.9 10.610.6 23.223.2

[제조된 촉매의 형상 분석][Shape analysis of the prepared catalyst]

산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy)으로 확인한 결과를 도 3에 나타내었다.An oxide dehydrogenation catalyst including vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier was confirmed by transmission electron microscopy.

도 3과 같이 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy)으로 분석한 결과, VMg1(제조예 2) 및 VMg2(제조예 4) 촉매는 계면활성제 수용액을 사용하지 않고 제조한 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매(VMg3; 제조예 6) 및 상용 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매(VMg4; 제조예 7)에 비해 발달한 기공성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 즉, 계면활성제 활용을 통해 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하는 산화 탈수소 촉매의 기공성을 개선할 수 있으며, 특히 F127을 이용한 VMg2 촉매(제조예 4)는 P123을 이용한 VMg1(제조예 2) 촉매에 비해서도 보다 고르게 분산된 기공 구조를 보임을 알 수 있다.As a result of analyzing the oxidative dehydrogenation catalyst containing vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier as shown in FIG. 3 by Transmission Electron Microscopy, the VMg1 (Preparation Example 2) and VMg2 (Preparation Example 4) catalysts were used in the aqueous surfactant solution. Oxide dehydrogenation catalyst (VMg3; Preparation Example 6) containing vanadium oxide supported on a magnesium oxide carrier prepared without using the above, and Oxidation dehydrogenation catalyst (VMg4; Preparation Example 7) containing vanadium oxide supported on a commercial magnesium oxide carrier It can be seen that compared to the developed porosity. That is, the porosity of the oxidative dehydrogenation catalyst including vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier can be improved through the use of a surfactant. Particularly, the VMg2 catalyst using the F127 (Preparation Example 4) is VMg1 using the P123 (Preparation Example 2). It can be seen that the pore structure is more evenly dispersed than the catalyst.

실시예Example 1 One : : 산화 마그네슘Magnesium oxide 담체에On the carrier 담지된Supported 산화 바나듐을Vanadium oxide 포함하는 산화 탈수소 촉매를 이용한 프로판의  Of propane using an oxidative dehydrogenation catalyst 산화적Oxidative 탈수소화 반응에 의한 프로필렌 생산 Propylene Production by Dehydrogenation

제조예 2, 제조예 4, 제조예 6 및 제조예 7에 의해 제조된 VMg1, VMg2, VMg3 및 VMg4 촉매를 이용하여 프로판의 산화적 탈수소화 반응(Propane Oxidative Dehydrogenation; PODH)에 의한 프로필렌(Propylene) 생산 과정을 수행하였다. 본 실시예에서는 HTS(High-Throughput System) 장치를 이용하여 촉매 반응을 진행하였다. 먼저 각 촉매 0.1 g을 유리 반응기(Pyrex 재질)에 충진시킨 뒤, 해당 반응기를 HTS 장치에 장착하였다. 질소(96 ml/min) 및 산소(12 ml/min) 가스를 흘려주면서 반응기의 온도를 550℃까지 승온하였으며, 이 때의 승온 속도는 10 ℃/min으로 설정하였다. 이후 같은 조건 하에서 30분간 유지하여 전처리하고, 프로판(Propane) 가스를 12 ml/min의 유량으로 흘려줌으로써 촉매 반응을 수행하였다. 이 때, 촉매 질량 대비 총 유량 값은 72,000 ml/h·g-촉매로 유지하였다. 반응 장치로부터 배출되는 가스를 가스크로마토그래피(Gas Chromatography; GC) 분석에 의해 정량하였다. 본 실시예에서 프로판 전환율(Propane Conversion), 프로필렌 선택도(Propylene Selectivity) 및 프로필렌 수율(Propylene Yield)은 하기 수학식 1 내지 3에 의해 각각 계산하였다.Propylene by Propane Oxidative Dehydrogenation (PODH) using VMg1, VMg2, VMg3 and VMg4 catalysts prepared by Preparation Examples 2, 4, 6 and 7 The production process was carried out. In this embodiment, the catalytic reaction was performed using a high-throughput system (HTS). First, 0.1 g of each catalyst was charged to a glass reactor (Pyrex material), and then the reactor was mounted in an HTS apparatus. The temperature of the reactor was raised to 550 ° C. while flowing nitrogen (96 ml / min) and oxygen (12 ml / min) gas, and the temperature increase rate was set to 10 ° C./min. Thereafter, the mixture was maintained for 30 minutes under the same conditions, and a catalytic reaction was performed by flowing propane gas at a flow rate of 12 ml / min. At this time, the total flow rate value relative to the catalyst mass was maintained at 72,000 ml / h · g-catalyst. The gas exiting the reaction apparatus was quantified by Gas Chromatography (GC) analysis. Propane Conversion, Propylene Selectivity, and Propylene Yield in the present Example were calculated by Equations 1 to 3, respectively.

<수학식 1><Equation 1>

프로판 전환율(%) = [반응한 프로판의 몰 수] / [공급된 프로판의 몰 수] * 100% Propane conversion = [moles of propane reacted] / [moles of propane fed] * 100

<수학식 2><Equation 2>

프로필렌 선택도(%) = [생성된 프로필렌의 몰 수] / [반응한 프로판의 몰 수] * 100Propylene Selectivity (%) = [moles of propylene produced] / [moles of propane reacted] * 100

<수학식 3><Equation 3>

프로필렌 수율(%) = [생성된 프로필렌의 몰 수] / [공급된 프로판의 몰 수] * 100Propylene Yield (%) = [moles of propylene produced] / [moles of propane fed] * 100

[제조된 촉매를 이용한 프로판의 [Propane using manufactured catalyst 산화적Oxidative 탈수소화 반응 결과] Dehydrogenation result]

상기 제조예에 의하여 제조된 촉매 상에서의 프로판의 산화적 탈수소화 반응 활성 실험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Experimental results of the oxidative dehydrogenation reaction of propane on the catalyst prepared by the preparation example are shown in Table 2 below.

표 2에 나타낸 바와 같이, 제조예 2의 VMg1 및 제조예 4의 VMg2 촉매는 제조예 6의 VMg3 및 제조예 7의 VMg4 촉매에 비해 비교적 높은 프로필렌 수율(Propylene Yield)을 나타내었다. 이는 계면활성제 사용에 의해 산화 마그네슘 (Magnesium Oxide; MgO)의 물성이 개선되어 산화 바나듐(Vanadium Oxide; VOx)의 분산 및 표면 노출이 증진된 현상에 기인한다고 판단된다. 또한, P123 계면활성제를 사용한 VMg1 촉매보다 F127 계면활성제를 사용한 VMg2 촉매에서 높은 촉매 활성이 얻어졌으며, 이는 계면활성제의 종류에 따라 산화 바나듐의 촉매적 활성 조절이 가능하다는 것을 의미한다.As shown in Table 2, the VMg1 of Preparation Example 2 and the VMg2 catalyst of Preparation Example 4 showed a relatively high propylene yield (Propylene Yield) compared to the VMg3 of Preparation Example 6 and the VMg4 catalyst of Preparation Example 7. This is believed to be due to a phenomenon in which the properties of magnesium oxide (MgO) are improved by the use of a surfactant, thereby enhancing the dispersion and surface exposure of vanadium oxide (VOx). In addition, higher catalytic activity was obtained in the VMg2 catalyst using the F127 surfactant than the VMg1 catalyst using the P123 surfactant, which means that the catalytic activity of vanadium oxide can be controlled according to the type of the surfactant.

촉매catalyst VMg1
(제조예 2)
VMg1
(Manufacture example 2)
VMg2
(제조예 4)
VMg2
(Manufacture example 4)
VMg3
(제조예 6)
VMg3
(Manufacture example 6)
VMg4
(제조예 7)
VMg4
(Manufacture example 7)
프로판 전환율
(%)
Propane conversion rate
(%)
39.339.3 43.243.2 35.435.4 24.624.6
프로필렌 선택도
(%)
Propylene selectivity
(%)
40.540.5 41.341.3 37.037.0 36.736.7
프로필렌 수율
(%)
Propylene yield
(%)
15.915.9 17.817.8 13.113.1 9.09.0

Claims (10)

계면활성제를 포함하는 수용액과 산화 마그네슘 전구체 수용액을 혼합하여 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계; 및
상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하는 단계를 포함하는 산화 탈수소 촉매의 제조방법으로서,
상기 산화 마그네슘 전구체 수용액은 질산 마그네슘 6수화물(Mg(NO3)26H20)을 포함하고,
상기 산화 마그네슘 담체를 형성하는 단계는 염기성 조건 하에서 수행되고,
상기 산화 마그네슘 담체의 기공 부피는 0.5 cm3/g 이상이고,
상기 산화 바나듐 전구체 수용액은 옥살산 2수화물을 포함하는 것인
산화 탈수소 촉매의 제조방법.
Mixing an aqueous solution containing a surfactant with an aqueous solution of a magnesium oxide precursor to form a magnesium oxide carrier; And
A method for preparing an oxidative dehydrogenation catalyst comprising adding the magnesium oxide carrier to an aqueous solution of a vanadium oxide precursor,
The magnesium oxide precursor aqueous solution includes magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 6H 2 0),
Forming the magnesium oxide carrier is carried out under basic conditions,
The pore volume of the magnesium oxide carrier is 0.5 cm 3 / g or more,
The vanadium oxide precursor solution containing oxalic acid dihydrate
Method for producing an oxidative dehydrogenation catalyst.
청구항 1에 있어서, 상기 계면활성제는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것인 산화 탈수소 촉매의 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112016055108594-pat00003

[화학식 2]
Figure 112016055108594-pat00004

상기 화학식 1 및 2에 있어서,
a, b, c, x, y 및 z는 각각 1 내지 150의 정수이다.
The method of claim 1, wherein the surfactant is represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2:
[Formula 1]
Figure 112016055108594-pat00003

[Formula 2]
Figure 112016055108594-pat00004

In Chemical Formulas 1 and 2,
a, b, c, x, y and z are each an integer from 1 to 150.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하는 단계는,
상기 산화 마그네슘 담체를 산화 바나듐 전구체 수용액에 첨가하여 산화 마그네슘 담체의 표면에 산화 바나듐 전구체를 구비하는 단계; 및
상기 산화 바나듐 전구체가 표면에 구비된 산화 마그네슘 담체를 소성하여, 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 형성하는 단계를 포함하는 것인 산화 탈수소 촉매의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the adding of the magnesium oxide carrier to the aqueous solution of vanadium oxide precursor,
Adding the magnesium oxide carrier to the aqueous solution of vanadium oxide precursor to provide a vanadium oxide precursor on the surface of the magnesium oxide carrier; And
Calcining the magnesium oxide carrier having the vanadium oxide precursor provided on its surface to form vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier.
삭제delete 산화 마그네슘 담체; 및
상기 산화 마그네슘 담체에 담지된 산화 바나듐을 포함하고,
청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 산화 탈수소 촉매로서,
상기 산화 탈수소 촉매의 기공 부피는 0.5 cm3/g 이상이고,
상기 산화 탈수소 촉매의 비표면적은 100 m3/g 이상인 것인 산화 탈수소 촉매.
Magnesium oxide carriers; And
Vanadium oxide supported on the magnesium oxide carrier,
As an oxidative dehydrogenation catalyst produced by the manufacturing method of claim 1,
The pore volume of the oxidative dehydrogenation catalyst is 0.5 cm 3 / g or more,
The specific surface area of the oxidative dehydrogenation catalyst is 100 m 3 / g or more.
청구항 6에 있어서, 상기 산화 탈수소 촉매의 총 중량을 기준으로, 바나듐 원자의 담지량은 1 내지 50 중량%인 것인 산화 탈수소 촉매.The oxidative dehydrogenation catalyst according to claim 6, wherein the supported amount of vanadium atoms is 1 to 50% by weight based on the total weight of the oxidative dehydrogenation catalyst. 삭제delete 삭제delete 청구항 6 또는 7에 따른 산화 탈수소 촉매, 프로판 가스 및 산소 가스를 반응시켜 프로필렌을 제조하는 단계를 포함하는 프로필렌의 제조방법.
A process for producing propylene comprising the step of reacting an oxidative dehydrogenation catalyst, propane gas and oxygen gas according to claim 6 or 7 to produce propylene.
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APPLIED CATALYSIS A: GENERAL, (2009.11.10)*
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