KR102052437B1 - Method for selective ethylene production from propylene - Google Patents

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Abstract

본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법을 제공하는 것으로, 보다 상세하게는 제어된 Si/Al2 몰 비율을 가진 ZSM-5 촉매 및 제어된 공정으로 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하는 방법을 제공한다.Provided is a process for preparing selective ethylene from propylene of the present invention, more specifically ZSM-5 catalyst with controlled Si / Al 2 molar ratio and ethylene from propylene to produce ethylene with high selectivity from propylene in a controlled process. It provides a method of manufacturing.

Description

프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법{Method for selective ethylene production from propylene}Method for selective ethylene production from propylene

본 발명은 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조 하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정한 제올라이트 촉매 및 특정조건하에서 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing ethylene selectively from propylene, and more particularly to a process for producing ethylene with high selectivity from propylene under certain zeolite catalysts and under certain conditions.

경질올레핀인 에틸렌 및 프로필렌은 현재 석유화학시장에서 주된 대량 화학제품으로, 플라스틱 뿐만 아니라 합성고무, 포장용품, 섬유, 건축자재, 가구 등과 같은 다양한 화학제품 제조에 사용되는 중요한 기본 원료물질이다. 이러한 다양한 활용성 때문에, 세계 시장에서 에틸렌 및 프로필렌의 사용량은 향후 계속해서 증가할 것으로 예상되고 있다. Light olefins, ethylene and propylene, are currently the main bulk chemicals in the petrochemical market and are important raw materials used in the manufacture of various chemicals such as plastics, synthetic rubber, packaging, textiles, building materials, furniture, and the like. Because of these diverse applications, the use of ethylene and propylene in the global market is expected to continue to increase in the future.

특히, 에틸렌인 경우, 전 세계적으로 볼 때 에틸렌의 50% 이상이 폴리에틸렌 및 에틸렌 공중합체 제조에 쓰이고 있으며, 이외에 산화, 수소화, 할로겐화수소화, 알킬화, 수화, 올리고머화, 히드로포밀화 등으로 불리는 여러 가지 화학반응을 통해 화학공업에 매우 중요하고 다양한 원료 화합물로 공급되고 있다.Particularly in the case of ethylene, more than 50% of ethylene is used in the production of polyethylene and ethylene copolymers worldwide, and in addition, various kinds called oxidization, hydrogenation, hydrogen halide, alkylation, hydration, oligomerization, hydroformylation, etc. Through chemical reactions, it is very important for chemical industry and is supplied with various raw compounds.

석유화학산업에서는 이러한 경질올레핀을 제조하는 다양한 경로가 존재하나, 가스원료 (에탄, 프로판) 및 액체원료(나프타, 가스오일)와 같은 탄화수소 원료를 수증기와 함께 높은 온도에서 열분해시켜 올레핀을 제조하는 스팀크래킹공정이 가장 많이 사용되는 일반적인 공정이다. 이러한 스팀크래킹을 통하여 얻어지는 생성물의 수율은 사용되는 탄화수소원료에 따라 대부분 결정되며, 가스인 에탄을 원료로 사용하는 에탄 크래커(cracker)인 경우 주로 에틸렌이 나오며 (약 83% 수율) 약간의 연료유분이 부산물로 얻어진다. In the petrochemical industry, there are various routes to produce these light olefins, but steam for producing olefins by pyrolysing hydrocarbon raw materials such as gaseous raw materials (ethane, propane) and liquid raw materials (naphtha, gas oil) at high temperature with water vapor Cracking process is the most commonly used process. The yield of the product obtained through this steam cracking is largely determined according to the hydrocarbon raw materials used. In the case of ethane crackers using ethane as a raw material, ethylene is mainly produced (about 83% yield), and a little fuel oil is produced. Obtained as a byproduct.

그러나, 현재 올레핀 생산을 위해 전 세계 가동되는 크래커 중 가장 많은 수를 차지하고 있는 나프타 크래커인 경우 경질올레핀인 에틸렌 및 프로필렌 외 부산물로써 C4유분, BTX방향족유분 및 기타연료를 얻을 수 있으며, 이때 에틸렌 32%, 프로필렌 16%정도의 수율을 가진다.However, naphtha crackers, which currently account for the largest number of crackers operating in the world for olefin production, can obtain C4 fraction, BTX aromatic fraction and other fuels as light by-products of ethylene and propylene, which are light olefins, where ethylene 32% It has a yield of about 16% propylene.

가장 많이 올레핀을 제조하는 공정인 석유 유래 납사크래킹 공정에서 생산되는 에틸렌양은 프로필렌 생산양보다 약 2배 정도 상대적으로 높지만, 지역에 따라서 사용되는 탄화수소 원료의 종류와 적용되는 공정이 다를 뿐만 아니라, 지역에 따라 경질올레핀을 사용하여 화학제품을 생산하는 산업의 종류가 다르기 때문에 미국, 유럽, 중국, 아시아 등과 같이 각 지역적인 수요 및 공급에 따라 에틸렌과 프로필렌의 가격 격차가 필연적으로 발생한다. Although the amount of ethylene produced in the petroleum-derived naphtha cracking process, which is the most olefin-making process, is about 2 times higher than that of propylene production, the type of hydrocarbon raw materials used and the process applied differ from region to region. Due to the different kinds of industries that use light olefins to produce chemicals, the price gap between ethylene and propylene is inevitably caused by regional demand and supply, such as the United States, Europe, China, and Asia.

따라서, 이러한 지역적인 에틸렌과 프로필렌사이의 경질올레핀 공급-수요 균형을 맞추기 위하여 올레핀 상호전환 (olefin interconversion)기술의 개발이 필요하다.Therefore, the development of olefin interconversion technology is needed to balance this regional demand for light olefins supply-demand between ethylene and propylene.

이와 같은 올레핀 인터컨버젼 연구에서, 현재까지는 일반적으로 에틸렌에 비하여 상대적으로 프로필렌의 가격 및 수요가 높을 것이라는 예상으로 인하여 에틸렌으로부터 프로필렌 제조 공정 (Ethylene-to-Propylene, ETP)이 광범위하게 연구되었다.In this olefin interconversion study, the propylene production process (Ethylene-to-Propylene, ETP) has been extensively studied from ethylene due to the expectation that the price and demand of propylene will be relatively higher than that of ethylene.

그러나 최근에는 미국에서 가스원료인 셰일 가스를 사용하기 위해 새로 건설 된 많은 에탄 크래커에서 많은 에틸렌을 공급이 되고 있으나, 아시아 지역에서는 높은 에틸렌 수요뿐만 아니라, 나프타 크래커, PDH 및 MTP와 같이 다양하고, 많은 프로필렌 공급원들이 있기 때문에 프로필렌 가격이 에틸렌의 가격보다 상대적으로 저렴한 상황이다. In recent years, however, many new ethane crackers have been supplied in the United States to use shale gas, a gaseous feedstock in the United States, but in Asia, as well as high ethylene demand, there are many, many such as naphtha crackers, PDH and MTP. Due to the availability of propylene sources, propylene is relatively cheaper than ethylene.

따라서 아시아 지역에서 선택적으로 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 공정(Propylene-to-Ethylene, PTE)의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a process for selectively converting propylene to ethylene (Propylene-to-Ethylene, PTE) in Asia.

PTE 관련 기술로는 1960년대에 올레핀 복분해 반응반응을 이용하는 트리올레핀 (Triolefin)공정이 개발 상용화되었다. 이 복분해 반응은 실리카 담지체에 텅스텐 산화물을 담지시킨 불균일계 촉매을 사용하며, 2 몰의 프로필렌을 각각 하나의 에틸렌과 2-부텐으로 이론적으로 전환을 시킨다.  In the 1960s, a triolefin process using olefin metathesis reaction was developed and commercialized as PTE related technology. This metathesis reaction uses a heterogeneous catalyst in which tungsten oxide is supported on a silica support, and theoretically converts 2 moles of propylene into one ethylene and 2-butene, respectively.

그러나, 실질적으로 프로필렌 자체 복분해 (self-metathesis)반응에서 에틸렌 원 패스 선택도(One-pass selectivity)가 35.3%미만으로 에틸렌의 선택도가 높지 않아, 복분해반응을 이용한 공정에서 에틸렌 수율을 최대화하기 위하여 원료인 프로필렌과 주된 부생성물인 부텐의 복분해 반응기들 및 다양하게 생성되는 탄화수소를 분해하는 반응기가 시리즈로 필수적으로 구성되어야 한다. 상기와 같은 문제점 등의 이유로 복분해 경로를 통한 프로필렌으로부터 선택적인 에틸렌 제조의 상용화는 중단되었다.However, in order to maximize the ethylene yield in the process using metathesis reaction, since the ethylene one-pass selectivity is less than 35.3% in propylene self-metathesis reaction, the selectivity of ethylene is not high. The metathesis reactors of the raw material propylene and the main by-product butene and the reactors which decompose variously produced hydrocarbons must be composed essentially in series. Commercialization of selective ethylene production from propylene via metathesis routes has been discontinued for reasons such as such.

한편 제올라이트는 독특한 형상 선택성 및 조절 가능한 산점 때문에 화학산업의 많은 촉매 공정에서 고체산 촉매로 사용되어져 왔다. 특히, 이러한 특징들은 오일 리파이너리 및 석유화학 공정에서 높은 효율을 이끌어 왔다. 예를 들어, 제올라이트 촉매들은 크래킹, 이성화, 방향족화, 불균화, 알킬화와 같은 일련의 촉매 반응들에서 높은 촉매 활성 및 생산 선택성을 보인다. 에틸렌 제조에서 촉매로써의 제올라이트는 대부분 경질 올레핀의 수율 향상을 위한 전체공정의 부가적인 공정에 사용되었으며, 반응 중간체들인 올레핀 및 탄화수소들의 촉매 크래킹을 통하여 에틸렌이 얻어진다. 이런 촉매 크래킹에서 에틸렌 선택도는 12~30% 정도로 낮게 보고되었다.  Zeolites, on the other hand, have been used as solid acid catalysts in many catalytic processes in the chemical industry because of their unique shape selectivity and adjustable acid point. In particular, these features have led to high efficiencies in oil refinery and petrochemical processes. For example, zeolite catalysts exhibit high catalytic activity and production selectivity in a series of catalytic reactions such as cracking, isomerization, aromatization, disproportionation, alkylation. Zeolites as catalysts in ethylene production have mostly been used as additional processes in the overall process for improving the yield of light olefins, and ethylene is obtained through catalytic cracking of the reaction intermediates olefins and hydrocarbons. Ethylene selectivity was reported as low as 12-30% in this catalyst cracking.

따라서, 프로필렌으로부터 선택적인 에틸렌을 제조하기 위해서는 기존 기술 및 촉매를 적용하는 것은 한계가 있으며, 이를 개선할 새로운 공정이 요구된다.Therefore, there are limitations in applying existing technologies and catalysts to produce selective ethylene from propylene, and new processes are needed to improve this.

국제공개특허공보 제WO2005-014169호International Publication No. WO2005-014169

본 발명은 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 기존의 상업화된 프로필렌의 복분해반응을 사용한 에틸렌을 제조하는 방법 및 올레핀 및 탄화수소물질 크래킹 반응에서 부산물로서 에틸렌을 제조하는 방법이 아닌 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a process for the selective production of ethylene from propylene, the process of producing ethylene using the metathesis of conventional commercialized propylene and the process of producing ethylene as a byproduct in olefin and hydrocarbon material cracking reactions. From ethylene with high selectivity.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 특정한 촉매 및 제어된 특정한 공정조건 하에서 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법은,In order to achieve the above object, the present invention provides a method for selectively producing ethylene from propylene under specific catalysts and controlled specific process conditions, the method for selectively producing ethylene from propylene of the present invention,

Si/Al2몰 비율이 23 내지 280인 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌을 반응시켜 에틸렌을 제조하는 단계:를 포함한다.Preparing ethylene by reacting propylene under a ZSM-5 catalyst having a Si / Al 2 molar ratio of 23 to 280.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 Si/Al2몰 비율은 30 내지 100일 수 있다.Preferably the Si / Al 2 molar ratio according to an embodiment of the present invention may be 30 to 100.

바람직하게 본 발명의 ZSM-5 촉매는 인이 0.5 내지 5중량%로 담지된 것일 수 있으며, ZSM-5 촉매에 담지된 인은 인산 (H3PO4), 제1인산암모늄염((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄염((NH4)2HPO4), (C1-C10)알킬아인산(alkyl phosphite) 및 (C1-C10)알킬인산염(alkyl phosphate)에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 인화합물로부터 유래된 것일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst of the present invention may be 0.5 to 5% by weight of phosphorus supported, phosphorus supported on the ZSM-5 catalyst is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), the first ammonium phosphate salt ((NH 4 ) One or more than one selected from H 2 PO 4 ), diammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), (C1-C10) alkyl phosphite and (C1-C10) alkyl phosphate It may be derived from a phosphorus compound.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 반응은 에틸렌의 선택성을 높이기위한 측면에서 바람직하게 550 내지 600℃의 온도, 1 내지 10KPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:1 내지 1:30의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행될 수 있다.The reaction for selectively producing ethylene from propylene according to an embodiment of the present invention is preferably performed at a temperature of 550 to 600 ° C., a pressure of 1 to 10 KPa, and a pressure of 0.1 to 10 hours −1 in terms of increasing the selectivity of ethylene. Weight hourly space velocity and a propylene and nitrogen dilution ratio of 1: 1 to 1:30.

본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 ZSM-5 촉매 100g을 기준으로 10 내지 25 ml의 실릴화제로 처리된 것일 수 있으며, 실릴화제는 Si(R1)4 - n(OR2)n(여기서 R1 및 R2는 서로 독립적으로 (C1-C10)알킬이며, n은 1 내지 4의 정수이다.)에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있다.ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be treated with 10 to 25 ml of the silylating agent based on 100 g of the ZSM-5 catalyst, the silylating agent is Si (R 1 ) 4 - n (OR 2 ) It may be one or two or more selected from n (where R 1 and R 2 are independently of each other (C1-C10) alkyl, n is an integer from 1 to 4).

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5일 수 있으며, La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru 및 Ir에서 선택된 하나 또늘 둘이상이 담지된 것일 수 있다.Preferably ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be H-ZSM-5, La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, One or more selected from Pt, Re, Ru, and Ir may be supported.

바람직하게 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 단계는 고정상 반응기 또는 유동층 반응기에서 수행될수 있으며, 프로필렌의 전환율이 50%이상이며, 에틸렌의 선택성이 40%이상일 수 있다.Preferably the step of selectively producing ethylene from the propylene of the present invention may be carried out in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor, the conversion of propylene is at least 50%, the selectivity of ethylene may be at least 40%.

본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법은 제어된 Si/Al2몰 비율을 가지는 특정한 촉매인 ZSM-5 촉매를 사용하고 제어된 특정반응조건에서 프로필렌을 반응시킴으로써 제조되는 에틸렌의 선택성이 매우 높다.The process for the selective production of ethylene from propylene of the present invention is very selective in the selectivity of ethylene produced by using a ZSM-5 catalyst, a specific catalyst having a controlled Si / Al 2 molar ratio, and reacting propylene under controlled specific reaction conditions. high.

따라서, 아시아-태평양 지역에서 최근 낮은 유가로 인해 납사 크래커의 가동율이 높아 수요에 대비하여 프로필렌이 대량 생산되고 있으며, 값싼 천연가스 (대부분 프로판)로부터 프로필렌을 제조하는 on-purpose 공정인 PDH 및 석유대체 또는 비석유유래 원료인 메탄올을 이용한 MTP공정이 새롭게 건설되고 운영됨으로써 지역적인 수요에 비한 과도한 프로필렌의 생산되고 있어 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 낮은 가격의 프로필렌으로부터 높은 가격의 에틸렌을 선택적으로 생산할 수 있으므로 에틸렌-프로필렌의 수요-공급의 불균형을 경제적으로 해소할 수가 있는 효과를 가진다.Therefore, due to the recent low oil prices in the Asia-Pacific region, the use rate of naphtha crackers is high, and propylene is produced in large quantities in response to demand, and PDH and petroleum substitute, on-purpose processes for producing propylene from cheap natural gas (mostly propane) Alternatively, the MTP process using methanol, a non-petroleum-based raw material, has been newly constructed and operated to produce excessive propylene compared to local demand. Thus, the method for producing ethylene from the propylene of the present invention selects high-priced ethylene from low-cost propylene. It can produce economically, and it has an effect that can economically resolve the imbalance of demand-supply of ethylene-propylene.

도 1은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 수율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에 산점과 에틸렌의 선택성 및 Si/Al2몰 비율과 프로필렌의 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 3 내지 도4에 본 발명의 실시예 3에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 5에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 6에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing the conversion of propylene and the yield of ethylene of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
2 is a graph showing the acidity and selectivity of ethylene, the Si / Al2 molar ratio and the conversion rate of propylene in Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention.
3 to 4 are graphs showing the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to Example 3 of the present invention.
5 is a graph showing the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to Example 4 of the present invention.
6 is a graph showing the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to Example 5 of the present invention.
7 is a graph showing the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to Example 6 of the present invention.

본 발명은 특정한 촉매 및 제어된 특정한 공정조건 하에서 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은,The present invention provides a process for producing ethylene with high selectivity from propylene under specific catalysts and controlled specific process conditions.

Si/Al2몰 비율이 23 내지 280인 ZSM-5 촉매에 프로필렌을 접촉 반응시켜 에틸렌을 제조하는 단계를 포함한다.Ethylene is prepared by contacting propylene with a ZSM-5 catalyst having a Si / Al 2 molar ratio of 23 to 280.

본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 제어된 조건을 가지는 특정한 촉매 하에서 프로필렌을 접촉 반응시켜 높은 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있으며, 통상적인 올레핀의 열분해에 의한 여러 부산물로 얻어지는 올레핀의 제조가 아닌 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 얻을 수 있는 방법이다.The process for producing selective ethylene from propylene of the present invention can produce ethylene with high selectivity by contacting propylene under a specific catalyst having controlled conditions, and is not a preparation of olefins obtained from various by-products by pyrolysis of conventional olefins. It is a method to obtain ethylene with high selectivity from propylene.

나아가 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 특정한 촉매 및 제어된 특정 공정조건에서 에틸렌을 선택적으로 얻을 수 있다.Furthermore, the process for producing selective ethylene from propylene of the present invention can selectively obtain ethylene under specific catalysts and controlled specific process conditions.

또한 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 종래의 방법과 달리 놀랍도록 향상된 선택성 및 단순한 공정으로 에틸렌을 얻을 수 있어 매우 경제적이며, 이미 다양한 방법이 공지된 에틸렌으로부터 프로필렌을 제조하는 방법이 아닌 프로필렌으로부터 에틸렌을 선택적으로 제조하는 방법을 제공함으로써 에틸렌 및 프로필렌의 공급불균형을 해소할 수 있다.In addition, the process for producing selective ethylene from propylene of the present invention is very economical because it is possible to obtain ethylene with surprisingly improved selectivity and simple process, unlike the conventional method, propylene is not a method for producing propylene from ethylene which is already known in various ways The supply imbalance of ethylene and propylene can be eliminated by providing a process for the selective production of ethylene from ethylene.

본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌에 사용되는 특정촉매는 ZSM-5로 일반적인 제올라이트 촉매인 ZSM-11, ZSM-22, HY, SSZ-13, SAPO-34, SAPO-11, mordenite 및 beta와 달리 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 놀랍도록 향상시킨다.The specific catalyst used for the selective ethylene from propylene of the present invention is ZSM-5, unlike ZSM-11, ZSM-22, HY, SSZ-13, SAPO-34, SAPO-11, mordenite and beta, which are common zeolite catalysts. The conversion and selectivity of ethylene are surprisingly improved.

바람직하게는 ZSM-5의 Si/Al2몰 비율은 23 내지 280일 수 있으며, ZSM-5 촉매내의 연결된 (bridged) Si-O-Al에 의한 강산점이 많아져서 과도한 탄화수소의 크래킹 반응 또는 올레핀의 올리고머화 및 방향족화를 통해 부생성물의 생성을 감소시키고 ZSM-5촉매 기공속에 코크 침적에 의한 촉매 수명이 저하, 열적 및 수열 안정성이 저하시키기 않기 위한 측면에서 또한 ZSM-5내의 실리카와 이웃한 알루미늄이 작아져 생성되는 ZSM-5 강산점의 수가 적어 촉매 활성이 낮아지는 것을 감소시켜 프로필렌의 전환율 및 에틸렌을 선택성을 보다 높이기위한 측면에서 바람직하게 ZSM-5의 Si/Al2몰 비율은 30 내지 100일 수 있다. Preferably, the Si / Al 2 molar ratio of ZSM-5 may be 23 to 280, and the strong acid point by the bridged Si-O-Al in the ZSM-5 catalyst is increased, resulting in excessive hydrocarbon cracking reaction or oligomer of olefin. Silica and neighboring aluminum in ZSM-5 are also used in terms of reducing the formation of by-products through polymerization and aromatization, and in order not to reduce the catalyst life due to coke deposition in the ZSM-5 catalyst pores and to reduce thermal and hydrothermal stability. In order to increase the conversion of propylene and the selectivity of ethylene by increasing the number of small ZSM-5 strong acid points generated due to the small number, the Si / Al 2 mole ratio of ZSM-5 is preferably 30 to 100 days. Can be.

에틸렌의 선택성을 높이기위한 측면에서 제어된 반응은 550~600℃의 온도, 1 내지 10KPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:1 내지 1:30의 프로필렌과 질소 희석 비율(부피비)에서 수행될 수 있다.In terms of increasing the selectivity of ethylene, controlled reactions include temperatures of 550-600 ° C., atmospheric pressure of 1-10 KPa, hourly space velocity of propylene of 0.1-10 hours −1 and propylene and nitrogen of 1: 1-1: 30. It may be performed at the dilution ratio (volume ratio).

상기와 같이 제어된 특정범위의 반응조건 및 특정 조건을 만족하는 특정 촉매인 ZSM-5의 조합으로 에틸렌을 선택성을 극히 향상시킨다. The combination of ZSM-5, which is a specific catalyst that satisfies a specific range of reaction conditions and specific conditions controlled as described above, greatly improves ethylene selectivity.

바람직하게 본 발명의 ZSM-5 촉매는 인이 0.5 내지 5중량%로 담지된 촉매일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.75 내지 1.5중량%로 담지된 ZSM-5 촉매일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst of the present invention may be a catalyst supported by 0.5 to 5% by weight of phosphorus, and more preferably, a ZSM-5 catalyst supported by 0.75 to 1.5% by weight.

일반적으로 제올라이트는 고체산 촉매반응에서 두 가지 측면에서 비활성화가 일어날 수 있다. 첫째는 반응물이나 생성물이 산(acid)점에서 반응하여 코크를 생성함으로서 비활성화되는 경우이다. 이는 코크를 태움으로써 촉매의 재생이 가능하다. 두 번째는 제올라이트 내에서 산점으로 작용하는 알루미늄이 제올라이트 골격 내에서 빠져나옴으로서 산점이 약화되어 비활성화가 일어나는 경우이다. 상기 두번째 경우는 일반적으로 비가역적으로 일어나고, 고온에서 수분이 있는 조건에서 특히 잘 일어난다. 이는 비가역적인 과정이기 때문에 촉매 재생이 어려우므로, 제올라이트 내 탈알루미늄(dealumination)방지를 하는 것이 필요하다. In general, zeolites can be deactivated in two aspects in solid acid catalysis. The first is when the reactants or products are deactivated by reacting at acid points to produce coke. It is possible to regenerate the catalyst by burning the coke. The second case is when aluminum, which acts as a scattering point in the zeolite, escapes out of the zeolite framework and weakens the acidic point so that deactivation occurs. The second case generally occurs irreversibly and especially well at moist conditions at high temperatures. Since this is an irreversible process, it is difficult to regenerate the catalyst, so it is necessary to prevent dealumination in the zeolite.

따라서 본 발명에서는 이러한 탈알루미늄을 방지하기 위하여 ZSM-5 촉매를 인으로 개질시킬 수 있다.Therefore, in the present invention, to prevent such dealumination, the ZSM-5 catalyst may be modified with phosphorus.

본 발명에 따른 ZSM-5 촉매는 산점이 인(P)으로 개질됨으로써, 골격 내 알루미늄의 수열안정성이 상승할 뿐만 아니라 강산점을 약화시켜 일부는 중간세기의 산점을 만들게 되는 것으로 예측된다.In the ZSM-5 catalyst according to the present invention, the acid point is modified to phosphorus (P), which increases the hydrothermal stability of the aluminum in the skeleton, and weakens the strong acid point, thus making it possible to produce a part of the mid-century acid point.

따라서, 본 발명에 있어서 상기 ZSM-5 촉매는 처리되는 인(P)의 양을 제어하는 것이 바람직하며 상기 ZSM-5 촉매의 총량에 대해 인원소 기준으로 중량비로 0.5 내지 5 중량%의 인(P)을 함유할 수 있다. ZSM-5 촉매의 수열안정성 감소를 막고 인에 의해 중화되는 ZSM-5 촉매의 강산점의 수가 적어 촉매의 초기 산세기가 지나치게 강해져 혼합원료의 접촉분해에 의한 에틸렌의 선택도가 떨어지는 단점을 개선하고 인에 의해 강산점이 지나치게 많이 중화되어 촉매의 활성이 떨어지며, 또한 인에 의한 ZSM-5 촉매의 기공이 막힐 뿐만 아니라 촉매의 비표면적이 크게 감소하여 촉매 활성이 감소하게 되는 문제점을 해결하기위해 보다 바람직하게는 0.75 내지 1.5중량%의 인이 담지될 수 있다.Therefore, in the present invention, the ZSM-5 catalyst preferably controls the amount of phosphorus (P) to be treated, and 0.5 to 5% by weight of phosphorus (P) by weight based on the total amount of the ZSM-5 catalyst. ) May be contained. It prevents the decrease of hydrothermal stability of ZSM-5 catalyst and the number of strong acid points of ZSM-5 catalyst which is neutralized by phosphorus increases the initial acid strength of catalyst so that the selectivity of ethylene is not reduced by catalytic cracking of mixed raw materials. It is more desirable to solve the problem that the phosphoric acid neutralizes excessively strong phosphorus to deactivate the catalyst, and also the pores of the ZSM-5 catalyst due to phosphorus are blocked, and the specific surface area of the catalyst is greatly reduced to reduce the catalytic activity. Preferably, 0.75 to 1.5% by weight of phosphorus may be supported.

본 발명의 ZSM-5 촉매에 담지된 인은 인산 (H3PO4), 제1인산암모늄염((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄염((NH4)2HPO4), (C1-C10)알킬아인산(alkyl phosphite) 및 (C1-C10)알킬인산염(alkyl phosphate)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘이상의 인화합물을 사용할 수 있으며, 에틸렌의 선택성을 높이기위한 측면에서 바람직하게는 인산(H3PO4), 제1인산암모늄염((NH4)H2PO4) 및 제2인산암모늄염((NH4)2HPO4)인산화합물에서 선택되는 인화합물로부터 유도된 것일 수 있다.The phosphorus supported on the ZSM-5 catalyst of the present invention is phosphoric acid (H 3 PO 4), monobasic ammonium phosphate ((NH 4) H 2 PO 4), diammonium phosphate salt ((NH 4) 2 HPO 4), (C 1 -C 10) alkyl phosphorous acid (alkyl phosphite) And (C1-C10) alkyl phosphate, any one or two or more phosphorus compounds may be used, and in terms of increasing the selectivity of ethylene, preferably phosphoric acid (H 3 PO 4), a first ammonium phosphate ((NH 4) ) H 2 PO 4) and diammonium phosphate salt ((NH 4) 2 HPO 4) may be derived from a phosphorus compound selected from phosphoric acid compounds.

본 발명에 기재된 알킬은 직쇄 또는 분지쇄를 모두 포함하며, 탄소수 1 내지 10의 탄화수소 라디칼 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 라디칼을 의미한다.Alkyl as described herein includes both straight and branched chains, meaning a hydrocarbon radical of 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrocarbon radical of 1 to 5 carbon atoms.

상기의 인산화합물이 ZSM-5 촉매에 함침하는 경우, 인화합물의 종류에 따라서 인(P)이 함침되는 위치가 조금씩 틀려지지만, 일반적으로 인산화합물의 입자크기는 결정형 제올라이트의 세공크기에 비해 상대적으로 크기 때문에 인화합물이 결정형 제올라이트의 세공 내로 침투되어 함침되는 것은 정도가 제올라이트의 외표면에 함침되는 경우보다 작기 때문에 상대적으로 많은 양의 인(P)이 제올라이트 촉매의 외부표면에 존재 한다. When the phosphate compound is impregnated with the ZSM-5 catalyst, the position at which phosphorus (P) is impregnated little by little depending on the type of phosphorus compound, but in general, the particle size of the phosphate compound is relatively higher than the pore size of the crystalline zeolite. Because of its size, the infiltration and impregnation of the phosphorus compound into the pores of the crystalline zeolite is less than that of the outer surface of the zeolite, so that a relatively large amount of phosphorus (P) is present on the outer surface of the zeolite catalyst.

프로필렌을 분해하는 크래킹 반응에서 ZSM-5 촉매의 강산점인 브렌스테드산점이 사용되는데 촉매의 외부표면 및 내부세공표면 둘 다 존재할 것으로 판단되며, 만일 외부표면의 활성점에서 반응이 일어나게 되면 ZSM-5 촉매의 형상 선택성을 저해 시키는 요인이 되었으며, 제조되는 에틸렌의 선택성을 저하 시키는 요인이 되었다.In the cracking reaction to decompose propylene, Brenstead acid point, which is the strong acid point of ZSM-5 catalyst, is used, and it is assumed that both the outer surface and the inner pore surface of the catalyst exist, and if the reaction occurs at the active point of the outer surface, ZSM- 5 It has been a factor to inhibit the shape selectivity of the catalyst, and to reduce the selectivity of the ethylene produced.

따라서, 외부 촉매 활성점인 외부 산점을 제거하여 ZSM-5 촉매의 내부 산점에서만 반응이 일어나가게 됨으로써 높은 선택성으로 에틸렌이 제조되는 것으로 판단된다.Therefore, it is determined that ethylene is produced with high selectivity by removing the external acidic point, which is the external catalyst active point, so that the reaction occurs only at the internal acidic point of the ZSM-5 catalyst.

즉, 이러한 인산을 함침하여 개질한 ZSM-5 촉매의 경우에는 외부 산점이 적절히 불활성화되어 ZSM-5 촉매의 세공 내의 산점에서 반응이 주로 일어나 에틸렌의 선택도를 증가시키는 역할을 하게 된다. That is, in the case of the ZSM-5 catalyst modified by impregnating phosphoric acid, the external acid point is appropriately inactivated, and the reaction mainly occurs at the acid point in the pores of the ZSM-5 catalyst, thereby increasing the selectivity of ethylene.

본 발명의 일 실시예에 따른 인화합물을 ZSM-5 촉매에 함침시키는 방법은 통상적인 함침방법이면 모두 가능하며, 구체적인 일례로 이온교환법(Ion-exchange method), 직접 함침법(incipient wetnessmethod), 용액 함침법 등이 모두 적용 가능하다.The method of impregnating a phosphorus compound according to an embodiment of the present invention on a ZSM-5 catalyst may be any conventional impregnation method. Specific examples include ion-exchange method, incipient wetness method, and solution. Both impregnation methods are applicable.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 반응조건은 에틸렌의 선택성을 높이기 위한 측면에서 바람직하게 550 내지 600℃의 온도, 1 내지 10KPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:1 ~ 1:30의 프로필렌과 질소 희석 비율(부피비)일 수 있으며, 보다 바람직하게 500 내지 550℃의 온도, 1 내지 5KPa의 기압, 1 내지 2시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:4 내지 1:16.5의 프로필렌과 질소 희석 비율(부피비)일 수 있다.Reaction conditions for selectively producing ethylene from propylene according to an embodiment of the present invention preferably in terms of increasing the selectivity of ethylene, a temperature of 550 to 600 ℃, atmospheric pressure of 1 to 10 KPa, 0.1 to 10 hours -1 propylene Propylene and nitrogen dilution ratio (volume ratio) of 1: 1 to 1:30 and the hourly weight space velocity of, more preferably a temperature of 500 to 550 ℃, atmospheric pressure of 1 to 5 KPa, 1 to 2 hours -1 propylene The weight hourly space velocity of and propylene and nitrogen dilution ratio (volume ratio) of 1: 4 to 1: 16.5.

본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법에서 에틸렌의 선택성을 보다 향상시키기 위해 ZSM-5 촉매에 실릴화제를 처리하여 외부표면을 개질 할 수 있다. 이때, 사용 가능한 실릴화제로는 Si(R1)4-n(OR2)n(여기서 R1 및 R2는 서로 독립적으로 (C1-C10)알킬이며, n은 1 내지 4의 정수이다.)에서 선택되는 하나 또는 둘이상이상일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 4급 알콕시실란이 모두 적용 가능하며 구체적으로는 바람직하게는 4급 알콕시실란인 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란 또는 3급 알콕시실란인 트리메톡시메틸실란, 트리메톡시에틸실란일 수 있다.In the process for producing selective ethylene from propylene of the present invention, the outer surface may be modified by treating the ZSM-5 catalyst with a silylating agent to further improve the selectivity of ethylene. In this case, as the silylating agent that can be used, Si (R 1 ) 4-n (OR 2 ) n (wherein R 1 and R 2 are independently of each other (C 1 -C 10) alkyl and n is an integer of 1 to 4). It may be one or two or more selected from, specifically, all 1 to 4 quaternary alkoxysilane is applicable, and specifically, quaternary alkoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane or tertiary alkoxysilane Trimethoxymethylsilane, trimethoxyethylsilane.

특히 4급 알콕시실란의 경우에는 4개의 실라놀그룹이 존재하여 ZSM-5 촉매의 알루미노 실리케이트 외표면의 반응 활성점과 새로운 결합을 형성함으로써 이 외표면에 존재하는 Si 원자의 비율을 증가시켜 외표면의 반응 활성점을 없애 세공 내에서 반응을 야기하여 에틸렌의 선택도를 증가시킬 수 있기 때문에 더욱 바람직하다.Particularly in the case of quaternary alkoxysilanes, four silanol groups are present to form a new bond with the reactive active site of the aluminosilicate outer surface of the ZSM-5 catalyst, thereby increasing the proportion of Si atoms present on the outer surface. It is more preferable because the reaction active point of the surface can be eliminated to cause the reaction in the pores to increase the selectivity of ethylene.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 ZSM-5 촉매 100g을 기준으로 10 내지 25 ml의 실릴화제로 처리된 것일 수 있으며, 실릴화제는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리메톡시메틸실란 및 트리메톡시에틸실란에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있다.Specifically, the ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be treated with 10 to 25 ml of silylating agent based on 100 g of ZSM-5 catalyst, and the silylating agent may be tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, It may be one or two or more selected from trimethoxymethylsilane and trimethoxyethylsilane.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5일 수 있으며, La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru 및 Ir에서 선택되는 하나 또는 둘이상이 담지된 것일 수 있다.Preferably ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be H-ZSM-5, La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, One or more selected from Pt, Re, Ru, and Ir may be supported.

바람직하게 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 단계는 당업자가 인식하는 범위내의 것이라면 모두 가능하나, 고정상 반응기 또는 유도층 반응기에서 수행될수 있다.Preferably, the step of selectively preparing ethylene from the propylene of the present invention may be carried out in a fixed bed reactor or an induction bed reactor as long as it is within the range recognized by those skilled in the art.

본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 프로필렌의 전환율이 50%이상이며, 에틸렌의 선택성이 40%이상일 수 있으며, 바람직하게는 프로필렌의 전환율이 60%이며, 에틸렌의 선택성이 70%일 수 있다.In the method for preparing selective ethylene from propylene of the present invention, the conversion rate of propylene may be 50% or more, the selectivity of ethylene may be 40% or more, preferably the conversion rate of propylene is 60%, and the selectivity of ethylene may be 70%. .

이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these examples.

<제조예 1> 본 발명에 사용된 촉매의 제조Preparation Example 1 Preparation of Catalyst Used in the Present Invention

SAPO-34, ZSM-11 및 ZSM-22는 (Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 13 (2013) 2782-2788. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions, 87 (1991) 3709-3716. Catalysis Today 179 (2012) 61-72)따라 제조하였으며, 그 외의 ZSM-5, ZSM-35 (Zeolist) 및 SSZ-13 (China holding company) 등은 상용화된 된 것을 사용하였다. SAPO-34, ZSM-11 and ZSM-22 (Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 13 (2013) 2782-2788. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions, 87 (1991) 3709-3716. Catalysis Today 179 (2012) 61-72), and other commercialized products such as ZSM-5, ZSM-35 (Zeolist) and SSZ-13 (China holding company) were used.

<제조예 2> 인이 담지된 ZSM-5 촉매의 제조Preparation Example 2 Preparation of ZSM-5 Catalyst Supported with Phosphorus

ZSM-5 제올라이트 3g을 인산(H3PO4,85%) 0.43g과 에탄올1.789g 및 증류수 0.24g이 섞인 수용액과 균일하게 혼합한 후 dry oven을 사용하여 용매를 제거하여 인산을 담지하였다. 상기에서 제조한 시료를 500℃에서 5시간 동안 소성하여 인이 1중량% 담지된 ZSM-5 촉매를 제조하여, 본 실험에 사용하였다. 3 g of ZSM-5 zeolite was uniformly mixed with an aqueous solution mixed with 0.43 g of phosphoric acid (H 3 PO 4 , 85%), 1.789 g of ethanol, and 0.24 g of distilled water, and then the solvent was removed using a dry oven to support phosphoric acid. The sample prepared above was calcined at 500 ° C. for 5 hours to prepare a ZSM-5 catalyst having 1% by weight of phosphorus and used in this experiment.

제올라이트 및 인산의 몰비를 달리하여 상기와 동일하게 인이 각각 0.5중량%, 0.75중량%, 1.25중량% 및 1.5중량%가 담지된 ZSM-5 촉매를 제조하였다. By varying the molar ratio of zeolite and phosphoric acid, a ZSM-5 catalyst was prepared in which 0.5% by weight, 0.75% by weight, 1.25% by weight and 1.5% by weight of phosphorus were supported, respectively.

<제조예 3> 실릴화된 ZSM-5 촉매의 제조Preparation Example 3 Preparation of Silyzed ZSM-5 Catalyst

ZSM-5 2g과 헥산 50ml를 혼합하여 70℃에서 30분동안 환류시킨 후 실온으로 냉각시켜 TEOS(테트라에톡시실란) 0.3 ml 주입후 다시 70℃에서 1시간동안 환류시켰다. 반응혼합물을 냉각하여 에탄올로 씻어준 다음 dry oven 사용해 2시간 건조 시킨 다음 500℃에서 4시간동안 소성한 후 실험에 적용하였다.2 g of ZSM-5 and 50 ml of hexane were mixed, refluxed at 70 ° C. for 30 minutes, cooled to room temperature, and injected into 0.3 ml of TEOS (tetraethoxysilane), and then refluxed at 70 ° C. for 1 hour. The reaction mixture was cooled, washed with ethanol, dried for 2 hours using a dry oven, and then calcined at 500 ° C. for 4 hours and then applied to the experiment.

상기 제조방법에서 실릴화제로 TEOS 대신 각각 TMOS(테트라메톡시실란), TPOS(테트라프로폭시실란), TBOS(테트라부톡시실란)를 사용한 것을 제외하고 상기와 동일하게 실시하여 실릴화된 ZSM-5를 제조하였다.The silylated ZSM-5 was prepared in the same manner as above except that TMOS (tetramethoxysilane), TPOS (tetrapropoxysilane), and TBOS (tetrabutoxysilane) were used instead of TEOS as the silylating agent. Was prepared.

[실시예 1 및 비교예 1] 각 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조Example 1 and Comparative Example 1 Preparation of Ethylene from Propylene under Each Catalyst

본 발명의 제조예 1에서 제조된 ZSM-5 촉매 및 도 1에 기재된 각 제올라이트 각각 0.5g을 0.5 인치 고정층 반응기에 각각 충진한 후, 프로필렌을 상기 고정층 반응기로 주입하되, 550 ℃의 반응온도, 0.1MPa 및 중량공간속도(WHSV) 1.09 h- 1, 프로필렌의 부분압력 0.0065MPa, total flow rate(프로필렌+질소) 70.6ml/min의 조건에서 반응을 수행하여 에틸렌을 제조하였으며, 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 수율을 도 1에 나타내었다.After filling 0.5 g each of the ZSM-5 catalyst prepared in Preparation Example 1 of the present invention and each zeolite of FIG. 1 into a 0.5 inch fixed bed reactor, propylene was injected into the fixed bed reactor, but the reaction temperature of 550 ° C. was 0.1 Ethylene was prepared by the reaction under the conditions of MPa and a weight space velocity (WHSV) of 1.09 h - 1 , a partial pressure of propylene of 0.0065 MPa, and a total flow rate of 70.6 ml / min. The yield is shown in FIG.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 ZSM-5 촉매가 프로필렌의 전화율이 높은 동시에 에틸렌의 수율이 높은 것을 알 수 있다(비교예 1의 촉매: ZSM-5이외의 촉매는 모두 비교예 1의 촉매임).As shown in FIG. 1, it can be seen that the ZSM-5 catalyst of the present invention has a high conversion rate of propylene and a high yield of ethylene (catalyst of Comparative Example 1: catalysts other than ZSM-5 are all catalysts of Comparative Example 1). ).

[실시예 2] Si/Al2몰 비율에 따른 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조Example 2 Preparation of Ethylene from Propylene According to Si / Al 2 Molar Ratio

실시예 1에서 촉매로 ZSM-5 촉매를 사용하되, 하기 표 1에서 기재된 바의 Si/Al2몰 비율을 가진 ZSM-5 촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.A ZSM-5 catalyst was used as a catalyst in Example 1, except that a ZSM-5 catalyst having a Si / Al 2 molar ratio as described in Table 1 was used. 2 is shown.

Figure 112017045350010-pat00001
Figure 112017045350010-pat00001

표 1 및 도 2에서 보이는 바와 같이 Si/Al2몰 비율에 따라 에틸렌의 선택성 및 수율이 현저하게 상이함을 알 수 있다.As shown in Table 1 and Figure 2 it can be seen that the selectivity and yield of ethylene is significantly different depending on the Si / Al 2 molar ratio.

[실시예 3] 인이 담지된 ZSM-5 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조Example 3 Preparation of Ethylene from Propylene under PSM Supported ZSM-5 Catalyst

ZSM-5촉매 및 제조예 2에서 제조된 인이 담지된 ZSM-5 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일하게 실시하에 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하였으며, 하기 표 2에 인이 담지된 ZSM-5의 산점을 나타내었으며, 도 3에 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내었다.Ethylene was prepared from propylene in the same manner as in Example 1 using the ZSM-5 catalyst and the ZSM-5 catalyst supported on phosphorus prepared in Preparation Example 2, and the acid point of ZSM-5 supported on phosphorus in Table 2 below. 3 shows the conversion of propylene and the selectivity of ethylene.

Figure 112017045350010-pat00002
Figure 112017045350010-pat00002

표 2 및 도 3 내지 도 4에서 보이는 바와 같이 인이 담지된 ZSM-5가 에틸렌의 선택성을 높이기 위해 제어된 산점을 가지며, 이러한 제어된 산점을 가지는 ZSM-5가 보다 우수한 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 가짐을 알 수 있다.As shown in Table 2 and FIGS. 3 to 4, phosphorus-supported ZSM-5 has a controlled acid point to increase the selectivity of ethylene, and ZSM-5 having this controlled acid point has better conversion of propylene and ethylene. It can be seen that it has selectivity.

[실시예 4] 온도에 따른 ZSM-5 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조Example 4 Preparation of Ethylene from Propylene under ZSM-5 Catalyst with Temperature

실시예 1에서 온도를 각각 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃ 및 650℃로 변경하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하여 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하여 그 결과를 도 5에 기재하였다.In Example 1, except that the temperature is changed to 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃ and 650 ℃, respectively, was carried out in the same manner as in Example 1 to produce ethylene from propylene and the results are shown in FIG. Described.

도 5에 나타낸 바와 같이 온도에 따라 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성의 차이가 나는 것을 알 수 있으며, 550 내지 600℃에서 전환율 및 선택성이 동시에 우수함을 알 수 있다.As shown in Figure 5 it can be seen that the difference in the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to the temperature, it can be seen that the conversion and selectivity excellent at the same time at 550 to 600 ℃.

[실시예 5] 부분압에 따른 ZSM-5 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조Example 5 Preparation of Ethylene from Propylene under ZSM-5 Catalyst at Partial Pressure

실시예 1에서 온도를 도 6에 나타낸 바와 같이 부분압을 변경하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하여 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하여 그 결과를 도 6에 기재하였다.In Example 1, except that the partial pressure was changed as shown in FIG. 6, the same procedure as in Example 1 was carried out to produce ethylene from propylene, and the results are shown in FIG.

도 6에 나타낸 바와 같이 프로필렌과 질소의 희석비율에 따라 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성의 확연히 차이가 나는 것을 알 수 있으며, 프로필렌과 질소의 희석비율이 1: 1 내지 1: 30에서 보다 우수한 전환율 및 선택성이 나타나는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene are clearly different according to the dilution ratio of propylene and nitrogen, and the dilution ratio of propylene and nitrogen is better at 1: 1 to 1: 30 and It can be seen that the selectivity is shown.

구체적으로 프로필렌의 주입량을 4.6ml/min으로 고정할 경우 질소투입량은 20 내지 100ml/min의 범위, 즉 프로필렌과 질소의 희석비율이 1 : 1 내지 22, 바람직하게 1: 1 내지 20 보다 바람직하게 1:4 내지 16.5에서 보다 우수한 전환율 및 선택성이 나타나는 것을 알 수 있다.Specifically, when the injection amount of propylene is fixed at 4.6 ml / min, the nitrogen injection amount is in the range of 20 to 100 ml / min, that is, the dilution ratio of propylene and nitrogen is 1: 1 to 22, preferably 1: 1 to 20, more preferably 1 It can be seen that better conversion and selectivity are shown in: 4 to 16.5.

[실시예 6] 실릴화된 ZSM-5 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조Example 6 Preparation of Ethylene from Propylene under Silyzed ZSM-5 Catalyst

제조예 3에서 제조된 실릴화된 각각의 ZSM-5(Si/Al2몰 비율이 50)인 촉매를 이용하여 실시예 1과 동일하게 실시하에 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하였으며, 도 7에 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내었다.Ethylene was prepared from propylene in the same manner as in Example 1 using the catalyst of silylated ZSM-5 (Si / Al 2 molar ratio of 50) prepared in Preparation Example 3, and the conversion rate of propylene in FIG. And selectivity of ethylene.

도 7에 나티낸 바와 같이 실릴화된 ZSM-5의 촉매가 보다 높은 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성의 확연히 차이가 나는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the catalyst of the silylated ZSM-5 differs significantly in the conversion of higher propylene and selectivity of ethylene.

Claims (11)

Si/Al2몰 비율이 23 내지 280인 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌을 반응시켜 에틸렌을 제조하는 단계를 포함하되,
상기 반응은 550~600℃의 온도, 1 내지 2시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:4 내지 1:16.5의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행되는 것인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
Preparing ethylene by reacting propylene under a ZSM-5 catalyst having a Si / Al 2 molar ratio of 23 to 280;
Wherein the reaction is carried out at a temperature of 550-600 ° C., an hourly space velocity of propylene of 1-2 hours −1 and a propylene-nitrogen dilution ratio of 1: 4-1: 16.5.
제1항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매는 Si/Al2몰 비율이 30 내지 100인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
The ZSM-5 catalyst is a method for producing selective ethylene from propylene having a Si / Al 2 molar ratio of 30 to 100.
제1항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매는 인이 0.5 내지 5중량%로 담지된 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
The ZSM-5 catalyst is a method for producing selective ethylene from propylene loaded with phosphorus 0.5 to 5% by weight.
제3항에 있어서,
상기 인은 인산, 제1인산암모늄염, 제2인산암모늄염, (C1-C10)알킬아인산 및 (C1-C10)알킬인산염에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 인화합물로부터 유래된 것을 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 3,
Ethylene selected from propylene, characterized in that it is derived from one or more phosphorus compounds selected from phosphoric acid, ammonium monophosphate, diammonium phosphate, (C1-C10) alkylphosphorous acid and (C1-C10) alkylphosphate Manufacturing method.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매는 ZSM-5 촉매 100g을 기준으로 10 내지 25ml의 실릴화제로 처리된 것을 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
The ZSM-5 catalyst is a method for producing selective ethylene from propylene, characterized in that treated with 10 to 25ml of the silylating agent based on 100g of ZSM-5 catalyst.
제6항에 있어서,
상기 실릴화제는 Si(R1)4 - n(OR2)n(여기서 R1 및 R2는 서로 독립적으로 (C1-C10)알킬이며, n은 1 내지 4의 정수이다.)에서 선택되는 하나 또는 둘이상인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 6,
The silylating agent is one selected from Si (R 1 ) 4 - n (OR 2 ) n , wherein R 1 and R 2 are independently of each other (C1-C10) alkyl and n is an integer from 1 to 4. Or a process for producing selective ethylene from two or more propylene.
제1항에 있어서,
상기 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein the ZSM-5 catalyst is H-ZSM-5.
제1항에 있어서,
상기 ZSM-5는 La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru 및 Ir에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 담지된 것을 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
The ZSM-5 is characterized in that one or two or more selected from La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru, and Ir are supported. Process for producing selective ethylene from propylene.
제1항에 있어서,
상기 단계는 고정상 반응기 또는 유동층 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein said step is carried out in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor.
제1항에 있어서,
상기 제조방법은 프로필렌의 전환율이 50%이상이며, 에틸렌의 선택성이 40%이상인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
The method for producing selective ethylene from propylene having a conversion rate of propylene of 50% or more and ethylene selectivity of 40% or more.
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