KR102188532B1 - Molecular size-selective hydrocracking catalysts for the production of light aromatic hydrocarbons from polycyclic aromatic hydrocarbons - Google Patents

Molecular size-selective hydrocracking catalysts for the production of light aromatic hydrocarbons from polycyclic aromatic hydrocarbons Download PDF

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Abstract

본 발명은 다환 방향족 탄화수소로부터 BTX 함량이 증가된 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소 제조용 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 BTX 함량이 증가된 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제올라이트 베타, 메조기공을 포함하는 제올라이트 Y 및 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트 담체에 ⅥB족 금속인 Mo 단독 또는 ⅥB족 금속인 Mo과 ⅧB족 금속인 Co가 함께 담지된 촉매를 사용함으로써, 2환 방향족 등과 같은 다환 방향족 탄화수소 함량이 높은 정유 및 석유화학 공정의 유분으로부터 BTX 함량이 증가된 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소를 높은 수율로 얻는 효과를 달성할 수 있다.The present invention relates to a catalyst for molecular size-selective hydrocracking reaction for the production of light aromatic hydrocarbons in the range of C 6 -C 9 with increased BTX content from polycyclic aromatic hydrocarbons, a method for preparing the same, and a C 6 -C 9 range with increased BTX content using the same. It relates to a method for producing a light aromatic hydrocarbon, and more particularly, in a composite zeolite carrier of zeolite beta, zeolite Y containing mesopores, and zeolite ZSM-5, Mo alone or a group VIB metal Mo and a group VIIIB metal By using a catalyst supported with phosphorus Co, light aromatic hydrocarbons in the range of C 6 -C 9 with increased BTX content can be obtained in high yield from oils of high polycyclic aromatic hydrocarbons such as bicyclic aromatics and oils of petrochemical processes. You can achieve the effect.

Description

다환 방향족 탄화수소로부터 경방향족 탄화수소 제조를 위한 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매{Molecular size-selective hydrocracking catalysts for the production of light aromatic hydrocarbons from polycyclic aromatic hydrocarbons}Molecular size-selective hydrocracking catalysts for the production of light aromatic hydrocarbons from polycyclic aromatic hydrocarbons}

본 발명은 정유 및 석유화학 공정 부산물 중에서 다환 방향족의 함량이 높은 유분으로부터 고부가 경방향족 탄화수소 제조를 위한 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수첨처리된 정유공장의 FCC 공정의 부산물인 Light Cycle Oil(LCO)로부터 높은 수율로 고부가의 경방향족 탄화수소를 제조하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매를 제공하고, 이를 이용하여 벤젠(B), 톨루엔(T) 및 자일렌(X) (BTX) 함량이 높은 C6~C9 범위의 경방향족 탄화수소를 제조하는 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst for molecular size-selective hydrocracking reaction for the production of high valued light aromatic hydrocarbons from fractions with a high content of polycyclic aromatics among by-products of oil refining and petrochemical processes, and more particularly, of the FCC process of a hydrogenated refinery. Provides a catalyst for molecular size-selective hydrocracking reaction that produces high-value light aromatic hydrocarbons in high yield from Light Cycle Oil (LCO), a by-product, and uses them to benzene (B), toluene (T) and xylene (X). It relates to a technology for producing a light aromatic hydrocarbon in the range of C 6 ~ C 9 having a high (BTX) content.

정유 및 석유 화학 공정에서 나프탈렌(naphthalene) 및 알킬-나프탈렌 (alkyl-naphthalene)의 함량이 높은 다환 방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) 유분들이 많이 부산되고 있다. 대표적으로 NCC(Naphtha Cracking Center) 공정의 PFO(Pyrolysis Fuel Oil), Para-xylene 공정의 C10 + 중질 방향족 및 FCC(Fluid Catalytic Cracker) 공정의 LCO(Light Cycle Oil) 등이 있다. 그 중에서 부산양이 가장 많은 FCC LCO는 디젤의 비점 범위를 가지나 방향족, 황 및 질소의 함량이 높고 세탄가가 낮아 디젤로 사용되는 양이 매우 제한적이다. 따라서 FCC LCO의 대부분은 저부가 선박용 중질 연료유의 점도 조절용으로 사용되고 있는데, 장기적으로 환경규제의 강화, 친환경 자동차, 친환경 선박 증가 및 이에 요구되는 청정 연료유 및 발전시스템 사용 증가에 따라 디젤 및 중질 연료유의 점도 조절용으로 사용되는 LCO의 사용량 또한 크게 감소할 것으로 예상된다. 따라서 FCC LCO를 포함한 다환 방향족 탄화수소를 고부가 제품으로 전환시킬 수 있는 촉매 공정의 개발이 요구되고 있다. 특히 FCC LCO와 같이 나프탈렌류의 함량이 높은 다환 방향족 탄화수소의 고부가화 방안으로는 1) 세탄가(CN, Cetane Number)가 높은 디젤 또는 2) BTX(Benzene, Toluene, Xylenes)를 포함하는 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소로 전환시키는 두 가지 방안을 고려할 수 있다. 본 발명은 상기에 기술한 시장의 수요와 경제성을 고려하여 다환 방향족 탄화수소를 고부가의 경방향족 탄화수소로 전환시킬 수 있는 공정에 필요한 촉매에 관한 것이다. 다환 방향족 탄화수소로부터 BTX 함량이 높은 경방향족을 제조하는 반응 경로를 (알킬)나프탈렌(Alkyl-Naphthalenes, 이하 "나프탈렌류"라 함)을 예로 각각 아래 [반응식 1]에 나타내었다. In oil refining and petrochemical processes, many polycyclic aromatic hydrocarbons having a high content of naphthalene and alkyl-naphthalene are being produced. Representative examples include PFO (Pyrolysis Fuel Oil) in the Naphtha Cracking Center (NCC) process, C 10 + heavy aromatics in the Para-xylene process, and Light Cycle Oil (LCO) in the Fluid Catalytic Cracker (FCC) process. Among them, FCC LCO, which has the most by-products, has a boiling point range of diesel, but has a high content of aromatics, sulfur and nitrogen and a low cetane value, so the amount used as diesel is very limited. Therefore, most of FCC LCO is used to adjust the viscosity of heavy fuel oil for low-value ships, and in the long term, the viscosity of diesel and heavy fuel oil is due to the strengthening of environmental regulations, the increase in eco-friendly vehicles and eco-friendly ships, and the increased use of clean fuel oil and power generation systems required for this. The amount of LCO used for control is also expected to decrease significantly. Therefore, there is a need to develop a catalytic process capable of converting polycyclic aromatic hydrocarbons including FCC LCO into high value products. In particular, as a way to add polycyclic aromatic hydrocarbons with a high content of naphthalenes such as FCC LCO, 1) diesel with a high cetane number (CN, Cetane Number) or 2) C 6 -C containing BTX (Benzene, Toluene, Xylenes) Two options for conversion to light aromatic hydrocarbons in the 9 range can be considered. The present invention relates to a catalyst required for a process capable of converting a polycyclic aromatic hydrocarbon into a high-value light aromatic hydrocarbon in consideration of the market demand and economy described above. The reaction route for preparing a light aromatic having a high BTX content from a polycyclic aromatic hydrocarbon is shown in [Scheme 1] below, for example, using (alkyl) naphthalenes (Alkyl-Naphthalenes, hereinafter referred to as "naphthalenes").

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019015943309-pat00001
Figure 112019015943309-pat00001

나프탈렌류를 BTX를 포함하는 고부가의 경방향족 탄화수소로 전환시키기 위해서는, 상기 [반응식 1]에 나타낸 바와 같이 수첨처리 반응에서 나프탈렌류의 2개의 벤젠고리 중에서 1개의 벤젠고리만 선택적으로 수소화하여 나프텐(naphthene) 고리를 가지는 알킬-테트랄린(alkyl-tetralins, 이하 "테트랄린류"라 함)으로 전환시키고, 테트랄린류의 나프텐 고리는 연속적인 수소화 분해반응(HDC, Hydrocracking)에 의하여 분해되어 BTX가 생성될 수 있다. In order to convert naphthalenes into high-added light aromatic hydrocarbons including BTX, as shown in [Scheme 1] above, only one benzene ring among two benzene rings of naphthalenes is selectively hydrogenated and naphthene ( naphthene) is converted to alkyl-tetralins (hereinafter referred to as "tetralins") having a ring, and the naphthenic ring of tetralins is decomposed by continuous hydrocracking (HDC, Hydrocracking) BTX can be generated.

한편, [반응식 1] 에서 나프탈렌류 ↔ 테트랄린류 및 테트랄린류 ↔ 데칼린류(알킬-데칼린, alkyl-decalins, 이하 "데칼린류"라 함) 간의 반응은 모두 열역학 평형관계에 의하여 결정되는 가역반응이며 금속 촉매에 의하여 활성화된다. 나프탈렌류에서 테트랄린류가 생성되는 수소화 반응은 총 몰수가 감소하는 강한 발열반응으로 압력이 높을수록 그리고 반응 온도가 낮을수록 나프탈렌류의 평형 전환율이 높다. 반면에 반응 온도가 높고 수소 압력이 낮으면 테트랄린류가 다시 나프탈렌류로 전환되는 탈수소화(dehydrogenation) 반응이 우세하여 나프탈렌류의 전환율이 낮아지게 된다. 테트랄린류에서 데칼린류가 생성되는 수소화 반응 역시 압력이 높을수록 그리고 온도가 낮을수록 평형 전환율이 높다.Meanwhile, reactions between naphthalenes ↔ tetralins and tetralins ↔ decalins (alkyl-decalins, alkyl-decalins, hereinafter referred to as "decalins") in [Reaction Scheme 1] are all reversible reactions determined by thermodynamic equilibrium relations. And is activated by a metal catalyst. The hydrogenation reaction in which tetralins are generated from naphthalenes is a strong exothermic reaction in which the total number of moles decreases. The higher the pressure and the lower the reaction temperature, the higher the equilibrium conversion rate of naphthalenes. On the other hand, when the reaction temperature is high and the hydrogen pressure is low, the dehydrogenation reaction in which tetralins are converted back to naphthalenes is dominant and the conversion rate of naphthalenes decreases. In the hydrogenation reaction in which decalins are generated from tetralins, the higher the pressure and the lower the temperature, the higher the equilibrium conversion rate.

[반응식 1]에서 일반적으로 수소화 분해반응(HDC)은 고온 및 고압에서 수행되므로 테트랄린류가 탈수소화 반응에 의해서 나프탈렌류로 재 전환될 수 있는데, 이 경우 BTX를 포함하는 경방향족 탄화수소의 수율이 낮아지게 된다. 또한, 수소화 분해반응 촉매의 수소화 활성이 과도하게 높아 테트랄린류의 벤젠고리가 추가로 수소화되어 데칼린류가 많이 생성되면, 데칼린류는 수소화 분해반응(HDC)에 의하여 LPG 및 나프타(naphtha)로 분해되어 최종 BTX를 포함하는 경방향족 탄화수소의 수율이 낮아지게 되고 수소 소비가 많아진다.In [Scheme 1], since hydrocracking reaction (HDC) is generally carried out at high temperature and high pressure, tetralins can be re-converted to naphthalenes by dehydrogenation. In this case, the yield of light aromatic hydrocarbons including BTX is Becomes lower. In addition, if the hydrogenation activity of the hydrocracking catalyst is excessively high and the benzene ring of tetralins is further hydrogenated to generate a lot of decalin, the decalin is decomposed into LPG and naphtha by hydrocracking (HDC). As a result, the yield of light aromatic hydrocarbons including the final BTX decreases and hydrogen consumption increases.

이에, 고부가의 BTX를 포함하는 경방향족 탄화수소의 수율을 최대로 얻기 위해서는 테트랄린류의 수소화 분해반응에서 테트랄린류의 나프탈렌류로의 재전환(탈수소화 반응)과 테트랄린류가 데칼린류로 되는 수소화 반응을 억제하여야 한다. 이를 위하여 수소화 분해 반응용 촉매의 수소화 기능을 적절히 조절함으로써 LPG 및 납사(Naphtha)의 생성을 최소화하여 BTX를 포함하는 경방향족 탄화수소의 수율을 극대화 하는 수소화 분해 촉매가 요구된다.Therefore, in order to obtain the maximum yield of light aromatic hydrocarbons containing high-value BTX, reconversion of tetralins to naphthalenes in the hydrocracking reaction of tetralins (dehydrogenation reaction) and tetralins become decalins. Hydrogenation reaction should be suppressed. To this end, there is a need for a hydrocracking catalyst that maximizes the yield of light aromatic hydrocarbons including BTX by appropriately controlling the hydrogenation function of the hydrocracking reaction catalyst to minimize the generation of LPG and naphtha.

그러나 일반적으로 수소화 분해 반응용 촉매를 이용하는 경우, 테트랄린의 수소화 분해 반응을 예로 들면 생성물 중에서 BTX 외에 C9 방향족(trimethylbenzenes; 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,5-trimethylbenzene 및 1,3,5-trimethylbenzene, 프로필벤젠, 에틸톨루엔 등), 에틸벤젠, 뷰틸벤젠, 메틸프로필벤젠, 에틸자일렌 등을 포함하는 C8-C10 범위의 다양한 알킬-벤젠류 (Alkyl-Benzenes, 이하 "Alkyl-Bz"이라 함)가 높은 수율로 생성되는데 알킬-벤젠류 중에는 C9 방향족과 에틸벤젠의 함량이 특히 높다. 여기서 알킬-벤젠류는 기존에 상업화 되어 있는 트랜스알킬화/탈알킬화 공정에서 높은 수율로 BTX로 전환될 수 있으므로 BTX와 함께 고부가 경방향족 탄화수소로 간주된다. 이에, 위에서 살펴본 바와 같이, 수소화 분해 반응용 촉매의 수소화 기능을 적절히 조정하는 것과 동시에 C8-C10 범위의 다양한 알킬-벤젠류가 탈알킬화 반응으로 고부가의 BTX 함량이 높은 경방향족 탄화수소로 전환되도록 제올라이트의 분해 기능을 적절히 조절하여 최종 BTX와 Alkyl-Bz 방향족을 포함하는 고부가의 경방향족 탄화수소를 높은 수율로 얻을 수 있어야 한다.However, in general, when a catalyst for hydrocracking reaction is used, for example, hydrocracking reaction of tetralin is C 9 aromatics (trimethylbenzenes; 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,5-trimethylbenzene and 1, Various alkyl-benzenes in the C 8 -C 10 range including 3,5-trimethylbenzene, propylbenzene, ethyltoluene, etc.), ethylbenzene, butylbenzene, methylpropylbenzene, and ethylxylene (Alkyl-Benzenes, hereinafter "Alkyl-Bz") is produced in high yield, and the contents of C 9 aromatic and ethylbenzene are particularly high among alkyl-benzenes. Here, the alkyl-benzenes can be converted to BTX in high yield in the transalkylation/dealkylation process that has been commercialized in the past, so it is considered as a high added light aromatic hydrocarbon along with BTX. Therefore, as described above, the hydrogenation function of the catalyst for hydrocracking reaction is properly adjusted and various alkyl-benzenes in the range of C 8 -C 10 are converted into light aromatic hydrocarbons having a high content of BTX through dealkylation reaction. By appropriately controlling the decomposition function of zeolite, it should be possible to obtain a high-added light aromatic hydrocarbon containing final BTX and Alkyl-Bz aromatic in high yield.

또한, FCC LCO에는 분자의 크기가 큰 삼환이상의 방향족 (예: Anthracene 및 Penanthrene 등) 화합물이 다량 함유되어 있다. 이들이 수첨분해 반응으로 BTX 및 Alkyl-Bz을 포함하는 고부가의 경방향족 탄화수소로 전환되기 위해서는 제올라이트의 기공 크기를 적절히 조절하는 것이 요구된다. In addition, FCC LCO contains a large amount of tricyclic or more aromatic compounds (eg, Anthracene and Penanthrene) having a large molecular size. In order for these to be converted into high-added light aromatic hydrocarbons including BTX and Alkyl-Bz through a hydrocracking reaction, it is required to appropriately control the pore size of the zeolite.

따라서, 본 발명자는 수첨처리 된 FCC(Fluid Catalytic Cracker) 공정의 LCO(Light Cycle Oil)로부터 고부가의 BTX 및 Alkyl-Bz을 포함하는 경방향족 탄화수소를 높은 수율로 얻기 위해 상기에 기술된 특성을 발휘하는 새로운 촉매의 개발이 필요하다는 데 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
Therefore, the present inventors exhibit the above-described characteristics in order to obtain light aromatic hydrocarbons containing high added BTX and Alkyl-Bz from LCO (Light Cycle Oil) of the hydrotreated FCC (Fluid Catalytic Cracker) process in high yield. Focusing on the necessity of developing a new catalyst, the present invention was completed.

특허문헌 1. 한국 공개특허 공보 제10-2013-0055047호Patent Document 1. Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2013-0055047 특허문헌 2. 한국 공개특허 공보 제10-2015-0116412호Patent Document 2. Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2015-0116412

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 정유 및 석유화학 공정의 부산물인 Light Cycle Oil(LCO)에 포함되어 있는 다환 방향족 탄화수소로부터 BTX 함량이 증가된 고부가의 C6-C9 경방향족 탄화수소 제조를 위한 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용하는 BTX 함량이 증가된 고부가의 C6-C9 경방향족 탄화수소의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
The present invention has been conceived in consideration of the above problems, it is an object of the present invention are C 6 high value of the BTX content is increased from a polycyclic aromatic hydrocarbon included in the Light Cycle Oil (LCO) a by-product of oil refining and petrochemical process -C 9 intended to provide a method of manufacturing a light aromatic hydrocarbon molecule for the manufacture size-selective hydrogenolysis catalysts, their preparation and in the high value-added increase BTX content using this C 6 -C 9 aromatic hydrocarbon environment.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 (ⅰ) 12-MR(membered ring) 기공크기를 갖는 제올라이트 베타, 12-MR 기공크기와 2 내지 50 nm의 메조기공을 갖는 제올라이트 Y 및 10-MR 기공크기를 갖는 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트; 및 (ⅱ) ⅥB 족 금속, 또는 ⅥB 족 금속과 ⅧB 족 금속의 혼합금속;을 포함하는, 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object is (i) zeolite beta having a 12-MR (membered ring) pore size, zeolite Y having a 12-MR pore size and mesopores of 2 to 50 nm, and A composite zeolite of zeolite ZSM-5 having a 10-MR pore size; And (ii) a group VIB metal, or a mixed metal of a group VIB metal and a group VIIIB metal; it relates to a catalyst for a molecular size-selective hydrocracking reaction.

본 발명의 다른 측면은 (a) ⅥB 족 금속전구체, 또는 ⅥB 족과 ⅧB 족의 혼합 금속전구체를 증류수에 녹여 금속전구체 수용액을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 얻은 금속전구체 수용액을 제올라이트 베타, 제올라이트 Y 및 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트에 함침시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 금속 담지 복합 제올라이트를 건조시킨 후, 산소가 흐르는 오븐에서 소성시켜 금속을 함께 포함하는 복합 제올라이트계 촉매를 수득하는 단계;를 포함하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is (a) dissolving a group VIB metal precursor or a mixed metal precursor of group VIB and group VIIIB in distilled water to prepare an aqueous metal precursor solution; (b) impregnating the composite zeolite of zeolite beta, zeolite Y and zeolite ZSM-5 with the aqueous metal precursor solution obtained in step (a); And (c) drying the metal-supported composite zeolite obtained in step (b), and then calcining in an oven flowing with oxygen to obtain a composite zeolite-based catalyst containing metal together; It relates to a method for producing a reaction catalyst.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매를 이용한, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소를 제조하기 방법으로서, 반응기 내에서, (1) 상기 수소화 분해 반응 촉매를 건조시키는 단계; (2) 반응기 온도를 400 내지 500 ℃로 승온시킨 후, 압력은 400 내지 1500 psig로 조절하고, 수소를 포함하는 가스 흐름하에서 수소화 분해 반응 촉매를 황화시키는 단계; (3) 반응기 온도를 120 ℃ 이하로 낮춘 후, 압력은 500 내지 1600 psig로 조절하고, 수소 유량은 30 내지 100 cc/min·g-cat으로 조절하는 단계; (4) 다환 방향족 탄화수소를 0.01 내지 3.3 cc/min·g-cat의 유속으로 흘려주는 단계; 및 (5) 반응기 온도를 350 내지 450 ℃로 승온하여 반응시킨 후, 반응 액체 생성물을 기/액 분리기에서 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소의 제조방법에 관한 것이다.
Another aspect of the present invention is a method for producing a light aromatic hydrocarbon in the range of C 6 -C 9 from a polycyclic aromatic hydrocarbon using the catalyst for molecular size selective hydrocracking reaction according to the present invention, in a reactor, (1) the Drying the hydrocracking reaction catalyst; (2) after raising the temperature of the reactor to 400 to 500° C., the pressure is adjusted to 400 to 1500 psig, and sulfurizing the hydrocracking reaction catalyst in a gas stream containing hydrogen; (3) After lowering the reactor temperature to 120° C. or less, the pressure is adjusted to 500 to 1600 psig, and the hydrogen flow rate is adjusted to 30 to 100 cc/min·g-cat; (4) flowing a polycyclic aromatic hydrocarbon at a flow rate of 0.01 to 3.3 cc/min·g-cat; And (5) raising the reactor temperature to 350 to 450° C. to react, and then recovering the reaction liquid product in a gas/liquid separator; characterized in that it comprises a C 6 -C 9 range from a polycyclic aromatic hydrocarbon. It relates to a method for producing light aromatic hydrocarbons.

본 발명에 따르면, 정유 및 석유화학 공정의 부산물인 Light Cycle Oil(LCO)에 포함되어 있는 다환 방향족 탄화수소로부터 BTX 함량이 증가된 C6-C9 경방향족 탄화수소 제조를 위한 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매를 제조할 수 있고, 이를 통하여 BTX 함량이 증가된 C6-C9 경방향족 탄화수소를 고수율로 생산할 수 있다.
According to the present invention, molecular size-selective hydrocracking reaction for the production of C 6 -C 9 light aromatic hydrocarbons with increased BTX content from polycyclic aromatic hydrocarbons contained in Light Cycle Oil (LCO), a by-product of oil refining and petrochemical processes A catalyst can be prepared, and through this, a C 6 -C 9 light aromatic hydrocarbon having an increased BTX content can be produced in high yield.

도 1은 본 발명의 구현예들에 따른 수첨처리 된 LCO의 수소화 분해 반응에서 수소화 분해 반응용 촉매에 포함된 산도 및 기공크기가 다른 제올라이트별 분자크기 선택성 수소화 분해 기능을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 비교예 2, 3 및 4에서, 각각 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 1, 2 및 5를 사용하여, 수첨처리 된 LCO를 수소화 분해반응시킨 결과로서, ZSM-5 함량에 따른 BTX 및 Alkyl-Bz의 수율을 나타내는 그래프이다[반응온도 400 ℃].
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서, 각각 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 6, 7 및 2를 사용하여, 수첨처리 된 LCO를 수소화 분해반응시킨 결과로서, 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 함량에 따른 BTX, BTX+Alkyl-Bz 및 C11 + 방향족의 수율을 나타내는 그래프이다[반응온도 400 ℃].
1 is a diagram illustrating a molecular size-selective hydrocracking function for each zeolite having different acidity and pore size included in a catalyst for hydrocracking in a hydrocracking reaction of LCO treated with hydrogenation according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a result of hydrocracking LCO treated with hydrogenation using catalysts 1, 2 and 5 for hydrocracking reactions prepared from Preparation Example 2, respectively, in Comparative Examples 2, 3 and 4 of the present invention, ZSM- 5 It is a graph showing the yield of BTX and Alkyl-Bz according to the content [reaction temperature 400 ℃].
3 is a result of hydrocracking LCO treated with hydrogenation using catalysts 6, 7 and 2 for hydrocracking reactions prepared from Preparation Example 2 in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively, It is a graph showing the yield of BTX, BTX+Alkyl-Bz and C 11 + aromatic according to the content of zeolite Y having mesopores [reaction temperature 400° C.].

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 상기 "다환 방향족 탄화수소의 수소화 분해 반응"이라 함은 다환 방향족 탄화수소를 포함하는 반응물을 수첨처리 촉매 존재 하에 수소를 첨가하여 생성된 납센고리를 갖는 방향족 화합물의 납센고리를 수소화 분해시키는 것으로 정의된다. 다환 방향족 탄화수소 중에서 나프탈렌을 일례로 들어 설명하면, 하기 [반응식 2]에 나타낸 바와 같이, 나프탈렌은 수첨처리 촉매의 존재 하에 수소를 첨가하면 나프탈렌을 구성하는 2개의 벤젠고리 중에서 1개의 벤젠고리만이 선택적으로 수소화되어 테트랄린이 생성된다. 이 후 연속적인 수소화 분해 반응 촉매의 존재하에 수소가 첨가되면서 테트랄린의 납센고리가 개환 및 분해되어 최종적으로 고부가의 BTX와 Alkyl-Bz을 포함하는 경방향족 탄화수소를 생성할 수 있다.In the present specification, the term "hydrocracking reaction of polycyclic aromatic hydrocarbons" is defined as hydrocracking the leadene ring of an aromatic compound having a leadene ring produced by adding hydrogen to a reaction product containing a polycyclic aromatic hydrocarbon in the presence of a hydrotreating catalyst. do. When naphthalene is described as an example among polycyclic aromatic hydrocarbons, as shown in the following [Reaction Scheme 2], when hydrogen is added in the presence of a hydrotreating catalyst, naphthalene is selectively selected from two benzene rings constituting naphthalene. It is hydrogenated to produce tetralin. Thereafter, as hydrogen is added in the presence of a continuous hydrocracking reaction catalyst, the leadene ring of tetralin is opened and decomposed, thereby finally producing a light aromatic hydrocarbon including high added BTX and Alkyl-Bz.

[반응식 2][Scheme 2]

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종래 수소화 분해 반응용 촉매를 이용하여 정유 및 석유화학 공정의 부산물에 포함되어 있는 나프탈렌 및 알킬-나프탈렌과 같은 2개 이상의 벤젠고리를 갖는 다환 방향족 탄화수소를 BTX를 포함하는 고부가의 경방향족 탄화수소로 전환시키기 위한 기술들이 제시되었으나, BTX를 포함한 경방향족 탄화수소 이외의 1-ring 방향족을 갖는 C8-C10 범위의 알킬-벤젠류 뿐만 아니라 분자크기가 큰 C11 +의 2-ring 방향족 탄화수소가 높은 수율로 생성되어 최종 BTX를 포함한 C6-C9 경방향족 탄화수소의 수율이 높지 않다는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 수소화 분해 반응용 촉매는 BTX 이외의 알킬-벤젠류와 분자크기가 큰 C11 +의 2-ring 방향족 탄화수소를 BTX로 전환시키는 활성이 우수하여 최종 고부가의 BTX 및 Alkyl-Bz류의 수율이 높지 않다는 문제를 해결할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 수소화 분해 반응용 촉매는 다환 방향족 탄화수소 중에서도 함량이 높은 나프탈렌류와 같은 이환방향족 탄화수소의 2개의 벤젠고리 중에서 1개의 벤젠고리만 선택적으로 수소화된 테트랄린류의 나프탈렌류으로의 재전환과 데칼린류으로의 수소화 반응을 억제하여(상기 반응식 2 참조) 최종 고부가의 BTX 및 Alkyl-Bz류를 포함하는 C6-C9 경방향족 탄화수소를 높은 수율로 얻을 수 있다.Converting polycyclic aromatic hydrocarbons having two or more benzene rings such as naphthalene and alkyl-naphthalene contained in by-products of refinery and petrochemical processes into high-value light aromatic hydrocarbons including BTX using conventional catalysts for hydrocracking reactions Although the techniques for this have been suggested, not only alkyl-benzenes in the C 8 -C 10 range having 1-ring aromatics other than light aromatic hydrocarbons including BTX, but also 2-ring aromatic hydrocarbons of C 11 + having a large molecular size in high yield. There is a problem that the yield of C 6 -C 9 light aromatic hydrocarbons including final BTX is not high. Therefore, the catalyst for hydrocracking reaction according to the present invention has excellent activity to convert alkyl-benzenes other than BTX and 2-ring aromatic hydrocarbons of C 11 + having a large molecular size to BTX, so that the final high-value BTX and Alkyl-Bz are It can solve the problem that the yield of is not high. In particular, the catalyst for the hydrocracking reaction according to the present invention is the reconversion of tetralins to naphthalenes in which only one of the two benzene rings of bicyclic aromatic hydrocarbons such as naphthalenes having a high content among polycyclic aromatic hydrocarbons is selectively hydrogenated. By suppressing the hydrogenation reaction to and decalin (see Scheme 2 above), a C 6 -C 9 light aromatic hydrocarbon including the final high-added BTX and Alkyl-Bz can be obtained in high yield.

여기에서, 상기 정유 및 석유화학 공정 부산물로는 FCC 공정의 LCO(Light Cycle Oil), 파라-자일렌(para-xylene) 공정의 C10 + 중질 방향족 및 NCC(Naphtha Cracking Center) 공정의 PFO(Pyrolysis Fuel Oil) 등이 있으며, 상기 부산물에는 나프탈렌 및 메틸-나프탈렌과 같은 이환방향족 탄화수소 및 안트라센(Anthracene), 메틸-안트라센(Methyl-Anthracene) 및 펜안트렌(Penanthrene)과 같은 삼환방향족 탄화수소가 다량 포함되어 있고, 상기 경방향족 탄화수소는 BTX(Benzene, Toluene, Xylene) 및 알킬기가 치환된 벤젠을 포함하는 탄소수 6-9의 탄화수소이다.Here, the refining and petrochemical process by-products include Light Cycle Oil (LCO) of the FCC process and C 10 + of the para-xylene process. There are heavy aromatics and PFO (Pyrolysis Fuel Oil) of the Naphtha Cracking Center (NCC) process, and the by-products include bicyclic aromatic hydrocarbons such as naphthalene and methyl-naphthalene, and anthracene, methyl-anthracene, and penan. A large amount of tricyclic aromatic hydrocarbons such as penanthrene are contained, and the light aromatic hydrocarbon is a hydrocarbon having 6-9 carbon atoms including benzene, toluene, and xylene (BTX) and benzene substituted with an alkyl group.

본 발명의 일 측면은 (ⅰ) 12-MR(membered ring) 기공크기를 갖는 제올라이트 베타, 12-MR(membered ring) 기공크기 및 이보다 기공크기가 큰 2 내지 50 nm의 메조기공을 갖는 제올라이트 Y 및 10-MR 기공크기를 갖는 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트; 및 (ⅱ) ⅥB 족 금속, 또는 ⅥB 족 금속과 ⅧB 족 금속의 혼합금속;을 포함하는, 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매에 관한 것으로서, 상기 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매는 바인더로서 슈도-보에마이트(Pseudo Boehmite)를 더욱 포함할 수 있다.One aspect of the present invention is (i) a zeolite beta having a 12-MR (membered ring) pore size, a 12-MR (membered ring) pore size, and a zeolite Y having a mesopores of 2 to 50 nm having a larger pore size, and A composite zeolite of zeolite ZSM-5 having a 10-MR pore size; And (ii) a Group VIB metal, or a mixed metal of a Group VIB metal and a Group VIIIB metal; comprising, a catalyst for a molecular size-selective hydrocracking reaction, wherein the catalyst for a molecular size-selective hydrocracking reaction is pseudo- Boehmite (Pseudo Boehmite) may be further included.

일반적으로 제올라이트는 마이크로(<2 nm) 크기의 기공을 갖으며, 상기 12-MR 기공크기는 0.6 내지 0.7 nm, 10-MR 기공크기는 0.5 내지 0.6 nm 범위를 나타낸다. 즉, 벤젠 분자크기 정도의 기공크기를 가지므로, 형상선택성 촉매작용을 보인다.In general, zeolite has pores of micro (<2 nm) size, and the 12-MR pore size ranges from 0.6 to 0.7 nm, and the 10-MR pore size ranges from 0.5 to 0.6 nm. That is, since it has a pore size that is about the size of a benzene molecule, it exhibits shape-selective catalysis.

특히, 본 발명에 따른 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매는 제올라이트 성분으로 제올라이트 베타, 제올라이트 ZSM-5 또는 제올라이트 Y를 각각 단독으로 사용할 경우와는 다르게, 제올라이트 베타와 그 보다 기공크기가 작은 제올라이트 ZSM-5 및 제올라이트 베타보다 기공크기가 크고 결정 내부에 메조기공을 갖는 제올라이트 Y를 혼합한 복합 제올라이트를 사용함으로써 BTX 외에 C8-C10 범위의 다양한 종류의 알킬-벤젠류가 탈알킬화(dealkylation) 반응에 의하여 BTX로의 전환이 촉진될 뿐만 아니라, 미전환된 분자크기가 큰 C11 + 방향족 화합물도 원활히 전환되는 효과를 얻어 최종적으로 고부가의 BTX 및 Alkyl-Bz의 수율이 현저히 증가하는 효과가 있음을 확인하였다(도 1 내지 도 3 참조).In particular, the catalyst for molecular size-selective hydrocracking reaction according to the present invention is different from the case of using zeolite beta, zeolite ZSM-5, or zeolite Y as a zeolite component, respectively, zeolite beta and zeolite ZSM- having a smaller pore size. By using a composite zeolite in which zeolite Y, which has a larger pore size than that of 5 and zeolite beta, and has mesopores inside the crystal, is used, various kinds of alkyl-benzenes in the range of C 8 -C 10 in addition to BTX can be used in dealkylation reactions. By this, it was confirmed that not only the conversion to BTX was promoted, but also the unconverted C 11 + aromatic compound having a large molecular size was smoothly converted, and finally, the yield of high added BTX and Alkyl-Bz was significantly increased. (See FIGS. 1 to 3).

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 상기 복합 제올라이트로 12-MR(membered ring) 기공크기를 갖는 제올라이트 베타, 12-MR 기공크기와 2 내지 50 nm의 메조기공을 갖는 제올라이트 Y 및 10-MR 기공크기를 갖는 제올라이트 ZSM-5를 모두 포함할 경우에는, 하기 실험예 2에 따른 수첨분해 반응을 500 ℃ 이상의 고온에서 300 회 실시한 후에도 상기 복합 제올라이트의 파괴, 외부 거칠기 변화 및 결함이 전혀 관찰되지 않았을 뿐만 아니라, 상기 복합 제올라이트의 표면 전체에 금속 촉매의 응집 및 유실이 전혀 발생하지 않은 채 균일하게 담지되어 있음을 주사전자현미경(SEM)을 통하여 확인하였고, 다만, 상기 복합 제올라이트로 12-MR(membered ring) 기공크기를 갖는 제올라이트 베타, 12-MR 기공크기와 2 내지 50 nm의 메조기공을 갖는 제올라이트 Y 및 10-MR 기공크기를 갖는 제올라이트 ZSM-5 중에서 어느 하나라도 포함하지 않을 경우에는, 상기와 동일한 수첨분해 반응 결과, 상기 복합 제올라이트의 파괴, 외부 거칠기 변화 또는 결함이 관측되었을 뿐만 아니라, 상기 복합 제올라이트의 표면에 담지된 금속의 유실 및 응집이 현저히 발생하는 것을 확인하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, zeolite beta having 12-MR (membered ring) pore size as the composite zeolite, 12-MR pore size and mesopores of 2 to 50 nm In the case of including both zeolite Y and zeolite ZSM-5 having a 10-MR pore size, destruction of the composite zeolite, changes in external roughness, and even after carrying out the hydrocracking reaction according to Experimental Example 2 300 times at a high temperature of 500°C or higher, and It was confirmed through a scanning electron microscope (SEM) that no defects were observed, and that the metal catalyst was uniformly supported on the entire surface of the composite zeolite without any aggregation and loss of metal catalysts. However, the composite zeolite It does not contain any one of zeolite beta having 12-MR (membered ring) pore size, zeolite Y having 12-MR pore size and mesopores of 2 to 50 nm, and zeolite ZSM-5 having 10-MR pore size If not, it was confirmed that, as a result of the same hydrocracking reaction as described above, not only the destruction of the composite zeolite, changes in external roughness, or defects were observed, but also the loss and aggregation of the metal supported on the surface of the composite zeolite occurred remarkably.

일 구현예에 따르면, 상기 제올라이트 베타는 SiO2와 Al2O3가 50 내지 90 : 1의 몰비로 구성된 형태이고, 비표면적은 550 내지 750 m2/g이며, 총 기공부피는 0.2 내지 0.4 cc/g이며, 평균 기공 크기는 1 nm 이하이며; 상기 제올라이트 Y는 SiO2와 Al2O3가 10 내지 50 : 1의 몰비로 구성된 형태이고, 비표면적은 650 내지 850 m2/g이며, 총 기공부피는 0.4 내지 0.6 cc/g이며, 평균 기공 크기 2 내지 10 nm 및 1 nm 이하의 두 종류의 기공을 포함하며; 상기 제올라이트 ZSM-5는 SiO2와 Al2O3가 60 내지 100 : 1의 몰비로 구성된 형태이고, 비표면적은 300 내지 500 m2/g이며, 총 기공부피는 0.01 내지 0.3 cc/g이며, 평균 기공 크기는 1 nm 이하일 수 있다.According to one embodiment, the zeolite beta is a form consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 50 to 90:1, a specific surface area of 550 to 750 m 2 /g, and a total pore volume of 0.2 to 0.4 cc /g, the average pore size is 1 nm or less; The zeolite Y is a form consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 10 to 50:1, a specific surface area of 650 to 850 m 2 /g, a total pore volume of 0.4 to 0.6 cc/g, and an average pore It contains two kinds of pores of size 2 to 10 nm and 1 nm or less; The zeolite ZSM-5 has SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 60 to 100:1, a specific surface area of 300 to 500 m 2 /g, and a total pore volume of 0.01 to 0.3 cc/g, The average pore size may be 1 nm or less.

특히, 상기 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 메조기공의 크기가 2 nm 미만인 경우 분자 크기가 큰 C11 + 방향족의 제올라이트 기공 내부로의 확산저항이 커서 C11 + 방향족의 분해반응의 전환율이 낮아 BTX 및 Alkyl-Bz의 수율 향상이 제한적이며, 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 메조기공의 크기가 10 nm를 초과할 경우에도 비선택적 분해반응이 과도하게 진행되어 LPG와 같이 상온에서 가스인 가스 생성물의 수율이 증가하고 액체 생성물의 수율이 감소하여, 결과적으로 최종 BTX 수율이 낮아지고 수소 소비량이 증가하는 문제점이 있다.In particular, when the size of the mesopores of the zeolite Y having mesopores is less than 2 nm, the diffusion resistance of the large molecular size C 11 + aromatics into the zeolite pores is large, and the conversion rate of the decomposition reaction of C 11 + aromatics is low, so BTX and The improvement of the yield of Alkyl-Bz is limited, and the non-selective decomposition reaction proceeds excessively even when the size of the mesopores of zeolite Y with mesopores exceeds 10 nm, resulting in the yield of gaseous gas products such as LPG at room temperature. It increases and the yield of the liquid product decreases, consequently lowering the final BTX yield and increasing the amount of hydrogen consumption.

다른 구현예에 따르면, 상기 ⅥB 족 금속은 Mo이고, 상기 ⅧB 족 금속은 Co일 수 있으며, 상기 ⅥB 족 및 ⅧB 족 금속은 황화물 형태인 것이 바람직하다.According to another embodiment, the group VIB metal may be Mo, the group VIIIB metal may be Co, and the group VIB and group VIIIB metals are preferably in the form of sulfides.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 복합 제올라이트의 함량은 상기 수소화 분해 반응 촉매 전체 중량에 대하여 50 내지 95 중량%일 수 있는데, 상기 범위를 벗어나면 테트랄린 전환율이 현저히 저하되는 것을 확인하였다. According to another embodiment, the content of the composite zeolite may be 50 to 95% by weight based on the total weight of the hydrocracking reaction catalyst, and it was confirmed that the tetralin conversion rate was significantly lowered when it was outside the above range.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 복합 제올라이트 전체 중량에 대하여 상기 제올라이트 베타는 65 내지 90 중량%, 상기 제올라이트 Y는 1 내지 20 중량% 및 상기 제올라이트 ZSM-5는 1 내지 30 중량% 포함할 수 있다.According to another embodiment, with respect to the total weight of the composite zeolite, the zeolite beta may include 65 to 90 wt%, the zeolite Y 1 to 20 wt%, and the zeolite ZSM-5 1 to 30 wt%.

상기 제올라이트 베타의 함량이 65 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 테트랄린의 탈수소화 반응에 의해 나프탈렌으로 재전환되는 역반응이 일어나는 문제가 발생할 수 있고, 제올라이트 베타의 함량이 90 중량%를 초과할 경우 분해반응이 과도하게 진행되어 LPG와 같이 상온에서 가스인 가스 생성물의 수율이 증가하고 액체 생성물의 수율이 감소하여, 결과적으로 최종 BTX 수율이 낮아지고 수소 소비량이 증가하는 문제점이 있다.When the content of zeolite beta is less than 65% by weight, a problem may occur in which the reverse reaction of reconversion to naphthalene occurs due to the dehydrogenation of tetralin, and when the content of zeolite beta exceeds 90% by weight Since the decomposition reaction proceeds excessively, the yield of the gaseous product as a gas at room temperature such as LPG increases and the yield of the liquid product decreases. As a result, there is a problem that the final BTX yield decreases and the hydrogen consumption increases.

상기 제올라이트 ZSM-5의 함량이 1 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 BTX 이외의 알킬-벤젠류의 BTX로의 전환율이 낮아 총 BTX 수율의 향상이 제한적이며, ZSM-5 함량이 30 중량%를 초과할 경우 분해반응이 과도하게 진행되어 LPG와 같이 상온에서 가스인 가스 생성물의 수율이 증가하고 액체 생성물의 수율이 감소하여, 결과적으로 최종 BTX 수율이 낮아지고 수소 소비량이 증가하는 문제점이 있다.When the content of the zeolite ZSM-5 is less than 1% by weight, the conversion rate of alkyl-benzenes other than BTX to BTX is low, so the improvement of the total BTX yield is limited, and the ZSM-5 content may exceed 30% by weight. In this case, the decomposition reaction proceeds excessively, resulting in an increase in the yield of a gaseous gas product such as LPG at room temperature and a decrease in the yield of the liquid product, resulting in a decrease in the final BTX yield and an increase in hydrogen consumption.

상기 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 함량이 1 중량% 미만으로 포함되는 경우에 분자 크기가 큰 C11 + 방향족의 BTX 및 Alkyl-Bz으로의 전환율이 낮아 총 BTX 및 Alkyl-Bz의 수율 향상이 제한적이며, 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 함량이 20 중량%를 초과할 경우 비선택적 분해반응이 과도하게 진행되어 LPG와 같이 상온에서 가스인 가스 생성물의 수율이 증가하고 액체 생성물의 수율이 감소하여, 결과적으로 최종 BTX 수율이 낮아지고 수소 소비량이 증가하는 문제점이 있다.When the content of zeolite Y having mesopores is less than 1% by weight, the conversion rate of C 11 + aromatic having a large molecular size to BTX and Alkyl-Bz is low, so that the improvement in the yield of total BTX and Alkyl-Bz is limited. , When the content of zeolite Y having mesopores exceeds 20% by weight, the non-selective decomposition reaction proceeds excessively, resulting in an increase in the yield of a gaseous gas product such as LPG at room temperature and a decrease in the yield of the liquid product. There is a problem that the final BTX yield is lowered and the hydrogen consumption is increased.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 복합 제올라이트는 SiO2와 Al2O3가 10-100 : 1의 몰비로 구성된 형태일 수 있는데, 상기 몰비가 하한치 미만으로 낮은 경우에는 제올라이트의 산도가 높아 분해 반응이 과도하여 가스(LPG) 및 납사(Naphtha) 생성량이 증가하고 BTX를 포함한 경방향족 탄화수소의 수율이 낮아지며, 수소 소비량이 증가하는 문제점이 있다. 반면에 상기 몰비가 상한치를 초과할 경우에는 제올라이트의 산도가 낮아 높은 반응온도가 요구되고 이에 따라서 상기 [반응식 2]의 반응경로 1의 역반응(테트랄린의 탈수소화 반응에 의한 나프탈렌으로의 재전환)이 증가되어 코크 침적 가속화 등에 따라서 촉매의 수명이 단축되는 문제점이 있다.According to another embodiment, the composite zeolite may be in a form in which SiO 2 and Al 2 O 3 have a molar ratio of 10-100:1, and when the molar ratio is lower than the lower limit, the acidity of the zeolite is high and the decomposition reaction is performed. Excessively, gas (LPG) and naphtha production amount increases, the yield of light aromatic hydrocarbons including BTX decreases, and hydrogen consumption increases. On the other hand, when the molar ratio exceeds the upper limit, the acidity of zeolite is low and a high reaction temperature is required. Accordingly, the reverse reaction of reaction route 1 of [Scheme 2] (reconversion to naphthalene by dehydrogenation of tetralin) ) Is increased, there is a problem that the life of the catalyst is shortened due to acceleration of coke deposition.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 Mo 함량은 상기 수소화 분해 반응 촉매의 전체 중량에 대하여 5-20 중량%이고, 상기 Co 함량은 상기 수소화 분해 반응 촉매의 전체 중량에 대하여 0-10 중량%일 수 있다. 상기 복합 제올라이트에 담지되는 금속이 상기 범위의 하한치 미만으로 포함되는 경우에는 촉매의 수소화 활성점 개수의 감소로 수소화 기능이 저감되어 탈수소화 반응으로 테트랄린이 나프탈렌으로 재전환되거나, C10 + 중질 방향족 생성량이 증가하여 액체 생성물 중의 BTX 함량이 낮고 코크 침적 등에 따른 수소화 분해 촉매의 안정성이 낮아지는 문제점이 있고, 상기 범위의 상한치 초과로 포함되는 경우에는 촉매의 수소화 활성이 과도하게 높아 테트랄린이 데칼린으로 전환된 후 분해되어 LPG 및 Naphtha의 생성이 증가하여 그 결과로 액체 생성물 및 최종 BTX의 수율이 감소하고 수소 소비량이 증가하는 문제점이 있다(반응식 2 참조).According to another embodiment, the Mo content may be 5-20 wt% based on the total weight of the hydrocracking reaction catalyst, and the Co content may be 0-10 wt% based on the total weight of the hydrocracking reaction catalyst. . When the metal supported on the composite zeolite is contained below the lower limit of the above range, the hydrogenation function is reduced due to a decrease in the number of active points of hydrogenation of the catalyst, and thus tetralin is reconverted to naphthalene through a dehydrogenation reaction, or C 10 + heavy aromatic There is a problem that the amount of BTX in the liquid product increases due to the increase in the amount of production, and the stability of the hydrocracking catalyst is lowered due to coke deposition. After conversion, it is decomposed to increase the production of LPG and Naphtha, resulting in a decrease in the yield of the liquid product and final BTX, and an increase in hydrogen consumption (refer to Scheme 2).

특히, 본 발명에 따른 수소화 분해 반응용 촉매는 제올라이트 베타, 제올라이트 ZSM-5, 메조기공을 갖는 제올라이트 Y 및 VIB 족 금속 중에서 어느 하나라도 포함되지 않을 경우에는 상기 구성을 모두 포함하는 경우에 비하여 액체 생성물 내의 BTX의 선택도 및 BTX 수율이 현저히 저하되는 것으로 확인되었다.In particular, when the catalyst for hydrocracking reaction according to the present invention does not contain any one of zeolite beta, zeolite ZSM-5, zeolite Y and VIB group metals having mesopores, a liquid product compared to the case of including all of the above configurations. It was confirmed that the selectivity of BTX and the yield of BTX were significantly reduced.

본 발명의 다른 측면은 (a) ⅥB 족 금속전구체, 또는 ⅥB 족과 ⅧB 족의 혼합 금속전구체를 증류수에 녹여 금속전구체 수용액을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 얻은 금속전구체 수용액을 제올라이트 베타, 제올라이트 Y 및 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트에 함침시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 금속 담지 복합 제올라이트를 건조시킨 후, 산소가 흐르는 오븐에서 소성시켜 금속을 함께 포함하는 복합 제올라이트계 촉매를 수득하는 단계;를 포함하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is (a) dissolving a group VIB metal precursor or a mixed metal precursor of group VIB and group VIIIB in distilled water to prepare an aqueous metal precursor solution; (b) impregnating the composite zeolite of zeolite beta, zeolite Y and zeolite ZSM-5 with the aqueous metal precursor solution obtained in step (a); And (c) drying the metal-supported composite zeolite obtained in step (b), and then calcining in an oven flowing with oxygen to obtain a composite zeolite-based catalyst containing metal together; It relates to a method for producing a reaction catalyst.

일 구현예에 따르면, 상기 (c) 단계의 건조는 상온에서 1 내지 10 시간, 바람직하게는 2 내지 8 시간, 더욱 바람직하게는 4 내지 7 시간 동안 수행한 후, 60 내지 100 ℃에서 1 내지 20 시간, 바람직하게는 5 내지 18 시간, 더욱 바람직하게는 8 내지 14 시간 동안 수행되며, 상기 (c) 단계의 소성은, 상온에서 100 내지 300 ℃ 사이의 제1 열처리 온도까지 8 내지 12 ℃/분으로 승온하는 제1 열처리 단계; 및 상기 제1 열처리 온도에서 400 내지 600 ℃ 사이의 제2 열처리 온도까지 1 내지 7 ℃/분으로 승온하는 제2 열처리 단계;를 거쳐 수행될 수 있다.According to an embodiment, the drying in step (c) is performed at room temperature for 1 to 10 hours, preferably 2 to 8 hours, more preferably 4 to 7 hours, and then 1 to 20 at 60 to 100°C. It is carried out for an hour, preferably 5 to 18 hours, more preferably 8 to 14 hours, and the firing of step (c) is 8 to 12° C./min from room temperature to the first heat treatment temperature between 100 to 300° C. A first heat treatment step of raising the temperature to; And a second heat treatment step of raising the temperature from the first heat treatment temperature to a second heat treatment temperature between 400 and 600° C. at 1 to 7° C./min.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른 분자크기 선택성 수소화 분해 반응 촉매를 이용한, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소를 제조하기 방법으로서, 반응기 내에서, (1) 상기 수소화 분해 반응용 촉매를 건조시키는 단계; (2) 반응기 온도를 400 내지 500 ℃로 승온시킨 후, 압력은 400 내지 1500 psig로 조절하고, 수소를 포함하는 가스 흐름하에서 수소화 분해 반응 촉매를 황화시키는 단계; (3) 반응기 온도를 120 ℃ 이하로 낮춘 후, 압력은 500 내지 1600 psig로 조절하고, 수소 유량은 30 내지 100 cc/min·g-cat으로 조절하는 단계; (4) 다환 방향족 탄화수소를 0.01 내지 3.3 cc/min·g-cat의 유속으로 흘려주는 단계; 및 (5) 반응기 온도를 350 내지 450 ℃로 승온하여 반응시킨 후, 반응 액체 생성물을 기/액 분리기에서 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소의 제조방법에 관한 것으로, 상기 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소의 제조방법을 통하여 1환 및 2환 방향족 등과 같은 다환 방향족 탄화수소로부터 BTX 함량이 증가된 C6-C9 경방향족 탄화수소를 높은 수율로 수득할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Another aspect of the present invention is a method for producing a light aromatic hydrocarbon in the range of C 6 -C 9 from a polycyclic aromatic hydrocarbon using the molecular size selective hydrocracking reaction catalyst according to the present invention, in a reactor, (1) the hydrogenation Drying the catalyst for the decomposition reaction; (2) after raising the temperature of the reactor to 400 to 500° C., the pressure is adjusted to 400 to 1500 psig, and sulfurizing the hydrocracking reaction catalyst in a gas stream containing hydrogen; (3) After lowering the reactor temperature to 120° C. or less, the pressure is adjusted to 500 to 1600 psig, and the hydrogen flow rate is adjusted to 30 to 100 cc/min·g-cat; (4) flowing a polycyclic aromatic hydrocarbon at a flow rate of 0.01 to 3.3 cc/min·g-cat; And (5) raising the reactor temperature to 350 to 450° C. to react, and then recovering the reaction liquid product in a gas/liquid separator; characterized in that it comprises a C 6 -C 9 range from a polycyclic aromatic hydrocarbon. If directed to a method of producing aromatic hydrocarbons, the C 6 ring 1 and bicyclic polycyclic aromatic hydrocarbons BTX content is the increased C 6 -C 9 aromatic light from such as aromatic through the manufacturing method of the light -C 9 aromatic hydrocarbons range The effect of obtaining a hydrocarbon in high yield can be obtained.

일 구현예에 따르면, 상기 다환 방향족 탄화수소는 1환 및 2환 방향족 탄화수소 함량의 합이 다환 방향족 탄화수소 전체 중량에 대하여 50 내지 95 중량%일 수 있다. According to one embodiment, in the polycyclic aromatic hydrocarbon, the sum of the monocyclic and bicyclic aromatic hydrocarbon contents may be 50 to 95% by weight based on the total weight of the polycyclic aromatic hydrocarbon.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매에 있어서, 다양한 종류의 담지 금속에 대하여, 슈도-보에마이트 포함 여부, 담지 금속의 황화처리 여부, 복합 제올라이트의 함량, 제올라이트 베타의 함량, 제올라이트 ZSM-5의 함량, 제올라이트 Y의 함량, 제올라이트 Y의 메조기공 평균 크기, 복합 제올라이트의 SiO2와 Al2O3에 대한 몰비 및 담지 금속의 함량이 변화된 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매을 사용하여, 하기 실험예 2에 따른 수첨분해 반응을 300 회 실시한 후 주사전자현미경(SEM) 분석을 통하여 상기 촉매에 담지된 금속의 유실 여부를 확인하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, etc., in the catalyst for molecular size selective hydrocracking reaction according to the present invention, for various kinds of supported metals, whether pseudo-boehmite is included, supported metals Sulfidation treatment, content of composite zeolite, content of zeolite beta, content of zeolite ZSM-5, content of zeolite Y, average size of mesopores of zeolite Y, molar ratio of SiO 2 and Al 2 O 3 to SiO 2 and Al 2 O 3 of the composite zeolite and supported After carrying out the hydrocracking reaction according to Experimental Example 2 300 times using a catalyst for a molecular size-selective hydrocracking reaction with a changed metal content, it was confirmed whether the metal supported on the catalyst was lost through scanning electron microscope (SEM) analysis. I did.

그 결과, 다른 종류의 담지 금속, 다른 조건 및 다른 수치 범위와는 달리, (i) 담지 금속은 Mo이고, (ii) 슈도-보에마이트(Pseudo Boehmite)를 더욱 포함하며, (iii) 담지 금속은 황화물 형태이며, (ⅳ) 복합 제올라이트의 함량은 상기 수소화 분해 반응 촉매 전체 중량에 대하여 50 내지 95 중량%이며, (ⅴ) 제올라이트 베타의 함량은 상기 복합 제올라이트 전체 중량에 대하여 65 내지 90 중량%이며, (ⅵ)제올라이트 ZSM-5의 함량은 상기 복합 제올라이트 전체 중량에 대하여 1 내지 30 중량%이며, (ⅶ) 제올라이트 Y의 함량은 상기 복합 제올라이트 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%이며, (ⅷ) 제올라이트 Y의 메조기공 평균 크기는 2 내지 10 nm이며, (ⅸ) 복합 제올라이트는 SiO2와 Al2O3가 10-100 : 1의 몰비로 구성된 형태이며, (ⅹ) Mo 함량은 상기 수소화 분해 반응 촉매의 전체 중량에 대하여 5-20 중량%인 조건을 모두 만족하였을 때 300 회 수첨분해 반응 후에도 상기 수소화 분해 반응용 촉매에 담지된 금속의 유실이 전혀 관찰되지 않았고, 다만 상기 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 300 회 수첨분해를 실시한 후에 상기 수소화 분해 반응용 촉매에서 담지 금속의 유실이 현저하게 나타남을 확인하였다.As a result, unlike other types of supported metals, other conditions and other numerical ranges, (i) the supported metal is Mo, (ii) further includes Pseudo Boehmite, and (iii) the supported metal Is in the form of a sulfide, (iv) the content of the composite zeolite is 50 to 95% by weight based on the total weight of the hydrocracking reaction catalyst, (v) the content of zeolite beta is 65 to 90% by weight based on the total weight of the composite zeolite. , (Vi) The content of zeolite ZSM-5 is 1 to 30% by weight based on the total weight of the composite zeolite, (vii) the content of zeolite Y is 1 to 20% by weight based on the total weight of the composite zeolite, (viii) The average mesopores size of zeolite Y is 2 to 10 nm, (ix) the composite zeolite is in the form of SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 10-100:1, and (x) Mo content is the hydrocracking reaction. When all the conditions of 5-20% by weight based on the total weight of the catalyst were satisfied, no loss of metal supported on the catalyst for hydrocracking was observed even after 300 hydrocracking reactions, but any one of the above conditions was satisfied. If not, it was confirmed that the supported metal was remarkably lost in the catalyst for hydrocracking reaction after carrying out hydrocracking 300 times.

이하에서는 본 발명에 따른 제조예 및 실시예를 첨부된 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, manufacturing examples and examples according to the present invention will be described in detail together with the accompanying drawings.

제조예 1: HDC 반응물인 수첨처리된 LCO(HDT-LCO)의 준비Preparation Example 1: Preparation of HDC reactant hydrogenated LCO (HDT-LCO)

본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 수소화 분해(Hydrocracking, HDC)반응의 반응물로는 LCO를 상용 수첨처리(Hydrotreating, HDT) 촉매 (Vacuum Gasoil HDS 촉매)를 이용하여 수첨처리된 LCO(Hydrotreated LCO, HDT-LCO)를 사용하였는데, 하기와 같이 2 가지 HDT-LCO를 준비하였다.
As a reactant of the hydrocracking (HDC) reaction used in the Examples and Comparative Examples of the present invention, LCO is hydrogenated using a commercial hydrotreating (HDT) catalyst (Vacuum Gasoil HDS catalyst). HDT-LCO) was used, and two HDT-LCOs were prepared as follows.

(1) HDT-LCO 1: HDT-LCO 1은 FCC(Fluid Catalytic Cracker) 공정에서 채취한 LCO를 [표 1]에 제시된 바와 같이 WHSV = 0.7 h-1, 압력 = 60 bar, 반응온도 = 350-358 ℃ 및 H2/LCO = 2600 mL/mL 조건에서 수첨처리하여 얻은 생성물을 나타낸다.
(1) HDT-LCO 1: HDT-LCO 1 is the LCO collected from FCC (Fluid Catalytic Cracker) process as shown in [Table 1], WHSV = 0.7 h -1 , pressure = 60 bar, reaction temperature = 350- It shows the product obtained by hydrogenation at 358 °C and H 2 /LCO = 2600 mL / mL conditions.

(2) HDT-LCO 2: HDT-LCO 2은 FCC(Fluid Catalytic Cracker) 공정에서 채취한 LCO를 [표 1]에 제시된 바와 같이 WHSV = 1.2 h-1, 압력 = 60 bar, 반응온도 350-358 ℃ 및 H2/LCO = 2600 mL/mL 조건에서 수첨처리하여 얻은 생성물을 나타낸다.
(2) HDT-LCO 2: HDT-LCO 2 is the LCO obtained from FCC (Fluid Catalytic Cracker) process, as shown in [Table 1], WHSV = 1.2 h -1 , pressure = 60 bar, reaction temperature 350-358 It shows the product obtained by hydrogenation under conditions of ℃ and H 2 /LCO = 2600 mL / mL.

하기 [표 1]에 HDT-LCO 1과 HDT-LCO 2의 분석결과를 나타내었는데, 공통적으로 2환 및 3환이상의 방향족 화합물의 함량이 크게 감소하고 1환 방향족 화합물의 함량이 크게 증가하였다. 높은 WHSV에서 처리된 HDT-LCO 2는 HDT-LCO 1과 비교하여 1환 방향족 함량은 낮고 2환 및 3환 방향족 함량은 높으며 황 및 질소화합물의 함량이 증가한 것을 확인할 수 있다.
The analysis results of HDT-LCO 1 and HDT-LCO 2 are shown in Table 1 below. In common, the content of bicyclic and tricyclic or more aromatic compounds greatly decreased and the content of monocyclic aromatic compounds increased significantly. It can be seen that HDT-LCO 2 treated at high WHSV has a lower monocyclic aromatic content, higher bicyclic and tricyclic aromatic contents, and increased sulfur and nitrogen compounds compared to HDT-LCO 1.

LCOLCO HDT-LCOHDT-LCO HDT-LCO 1HDT-LCO 1 HDT-LCO 2HDT-LCO 2 CatalystsCatalysts 상용촉매
(VGO HDS Catalyst)
Commercial catalyst
(VGO HDS Catalyst)
상용촉매
(VGO HDS Catalyst)
Commercial catalyst
(VGO HDS Catalyst)
WHSV,h-1 WHSV,h -1 0.70.7 1.21.2 Temperature, Temperature, 350 - 358350-358 350 - 358350-358 Pressure, barPressure, bar 6060 6060 H2/Feed, mL/mLH 2 /Feed, mL/mL 25002500 25002500 APIAPI 15.715.7 22.122.1 20.620.6 Sulfur, wtppmSulfur, wtppm 30003000 2727 301301 Nitrogen, wtppmNitrogen, wtppm 570570 3.33.3 3636 Aromatics,
wt%
Aromatics,
wt%
Mono(1환)Mono (1 ring) 19.219.2 79.479.4 74.374.3
Di(2환)Di (2 rings) 54.854.8 7.57.5 13.613.6 Tri+(3환이상)Tri + (3 or more) 8.58.5 0.40.4 1.21.2 TotalTotal 82.582.5 87.387.3 89.189.1 SIM-GC, SIM-GC, IBPIBP 157157 145145 151151 5%5% 208208 202202 205205 50%50% 281281 271271 274274 95%95% 382382 373373 377377 FBPFBP 426426 430430 430430

제올라이트Zeolite H-Beta (B)H-Beta (B) H-ZSM-5 (Z)H-ZSM-5 (Z) Zeolite H-Y (Y)Zeolite H-Y (Y) SiO2/Al2O3 몰비SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio 75.075.0 30.030.0 80.080.0 비표면적 (m2/g)Specific surface area (m 2 /g) 650650 405405 780780 총 기공부피(Vp)(cc/g)Total pore volume (Vp)(cc/g) 0.350.35 0.210.21 0.540.54 평균 기공 크기(nm)Average pore size (nm) < 1<1 < 1<1 4.44.4

복합 제올라이트Composite zeolite BB BZ-1BZ-1 BZ-2BZ-2 BYZ-1BYZ-1 BYZ-2BYZ-2 Beta 함량, wt%Beta content, wt% 100100 9090 8080 8585 8080 Zeolite Y, wt%Zeolite Y, wt% -- -- -- 55 1010 ZSM-5 함량, wt%ZSM-5 content, wt% -- 1010 2020 1010 1010

제조예Manufacturing example 2: 수소화 분해 반응용 촉매의 제조 2: Preparation of catalyst for hydrocracking reaction

본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 촉매들의 제조법은 하기에 나타낸 바와 같다.Methods for preparing the catalysts used in Examples and Comparative Examples of the present invention are as shown below.

(1) 촉매 1 : Mo(8)-S/B(1) Catalyst 1: Mo(8)-S/B

상기 [표 2]의 제올라이트 H-Beta(SiO2/Al2O3=75.0) 분말에 몰리브데늄 전구체를 녹인 수용액을 함침시켜 몰리브데늄의 함량이 8 중량%가 되도록 촉매를 제조하였다. 제조에 사용된 몰리브데늄 전구체는 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(H24Mo7N6O24·4H2O, 이하 "AMT")를 사용하였다.The zeolite H-Beta (SiO 2 /Al 2 O 3 =75.0) powder of Table 2 was impregnated with an aqueous solution in which a molybdenum precursor was dissolved to prepare a catalyst so that the molybdenum content was 8% by weight. The molybdenum precursor used in the preparation was ammonium molybdate tetrahydrate (H 24 Mo 7 N 6 O 24 ·4H 2 O, hereinafter "AMT").

AMT(0.331 g)를 증류수(2.5 ml)에 녹여 제조한 수용액을 공기 중의 80 ℃에서 밤새 건조된 제올라이트 H-Beta 분말(2.0 g)에 함침시킨 후, 상온에서 5 시간 건조하고, 80 ℃에서 밤샘(8 내지 14 시간) 건조하였다. 그 후, 공기 중에서 분당 10 ℃로 승온하여 150 ℃에서 1 시간 유지시키고, 150 ℃에서 분당 5 ℃로 승온하여 500 ℃에서 3 시간 소성시켰다.An aqueous solution prepared by dissolving AMT (0.331 g) in distilled water (2.5 ml) was impregnated in zeolite H-Beta powder (2.0 g) dried overnight at 80°C in air, dried at room temperature for 5 hours, and then overnight at 80°C. It was dried (8-14 hours). Then, the temperature was raised in air to 10°C per minute, maintained at 150°C for 1 hour, heated from 150°C to 5°C per minute, and fired at 500°C for 3 hours.

Mo(8)-S/B에서 괄호 안의 숫자는 촉매 전체 중량을 기준으로 Mo의 중량%를 나타낸 것이다.
In Mo(8)-S/B, the numbers in parentheses represent the weight percent of Mo based on the total weight of the catalyst.

(2) 촉매 2 : (2) catalyst 2: MoMo (8)-S/(8)-S/ BZBZ -1-One 촉매 제조Catalyst preparation

상기 촉매 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 제올라이트 성분으로 상기 [표 2]의 제올라이트 H-Beta(SiO2/Al2O3=75.0)와 H-ZSM-5(SiO2/Al2O3=30.0)를 90:10 중량비로 혼합한 [표 3]의 복합 제올라이트(BZ-1) 분말을 사용하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst 1, but zeolite H-Beta (SiO 2 /Al 2 O 3 =75.0) and H-ZSM-5 (SiO 2 /Al 2 O 3 ) of the [Table 2] as a zeolite component =30.0) was mixed in a weight ratio of 90:10 and the composite zeolite (BZ-1) powder of [Table 3] was used.

(3) 촉매 3 : Ni(3)-Mo(8)-S/BZ-1(3) Catalyst 3: Ni(3)-Mo(8)-S/BZ-1 촉매 제조Catalyst preparation

제올라이트 성분으로 [표 3]의 복합 제올라이트(BZ-1) 분말을 사용하였다. 복합 제올라이트(BZ-1) 분말에 니켈 전구체를 녹인 수용액과 몰리브데늄 전구체를 녹인 수용액을 함침시켜 니켈 및 몰리브데늄의 함량이 각각 3중량%, 8중량%가 되도록 촉매를 제조하였다. 제조에 사용된 니켈 전구체로는 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Ni(NO3)2·6H2O,이하 "NNH")를 사용하였고, 몰리브데늄 전구체로는 암모늄 몰리브데이트 테트라하이드레이트(H24Mo7N6O24·4H2O, 이하 "AMT")를 사용하였다.As a zeolite component, the composite zeolite (BZ-1) powder of [Table 3] was used. The composite zeolite (BZ-1) powder was impregnated with an aqueous solution of a nickel precursor and an aqueous solution of a molybdenum precursor to prepare a catalyst such that the content of nickel and molybdenum was 3% by weight and 8% by weight, respectively. Nickel nitrate hexahydrate (Ni(NO 3 ) 2 ·6H 2 O, hereinafter "NNH") was used as the nickel precursor used in the manufacture, and ammonium molybdate tetrahydrate (H 24 Mo) was used as the molybdenum precursor. 7 N 6 O 24 ·4H 2 O, hereinafter "AMT") was used.

NNH(0.334 g)와 AMT(0.331 g)를 증류수(2.5 ml)에 녹여 제조한 용액을 공기중의 80 ℃에서 건조된 혼합 제올라이트 BZ-1 분말(2.0 g)에 함침시킨 후, 상온에서 밤샘 건조하고, 80 ℃에서 밤샘(8 내지 14 시간) 건조하였다. 그 후, 공기 중에서 분당 10 ℃로 승온하여 150 ℃에서 1 시간 유지시키고, 150 ℃에서 분당 5 ℃로 승온하여 500 ℃에서 3 시간 소성시켰다. A solution prepared by dissolving NNH (0.334 g) and AMT (0.331 g) in distilled water (2.5 ml) was impregnated in mixed zeolite BZ-1 powder (2.0 g) dried at 80° C. in air, and then dried overnight at room temperature. And dried at 80° C. overnight (8 to 14 hours). Then, the temperature was raised in air to 10°C per minute, maintained at 150°C for 1 hour, heated from 150°C to 5°C per minute, and fired at 500°C for 3 hours.

Ni(3)-Mo(8)-S/BZ-1에서 괄호 안의 숫자는 촉매 전체 중량을 기준으로 Ni과 Mo의 중량%를 나타낸 것이다.
In Ni(3)-Mo(8)-S/BZ-1, the numbers in parentheses indicate the weight percent of Ni and Mo based on the total weight of the catalyst.

(4) 촉매 4 : Co(3)-Mo(8)-S/BZ-1(4) Catalyst 4: Co(3)-Mo(8)-S/BZ-1 촉매 제조Catalyst preparation

상기 촉매 3과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 금속 성분으로 니켈 대신 코발트를 사용하였다. 코발트의 전구체로는 Cobalt(II) nitrate hexahydrate(Co(NO3)2 · 6H2O, 이하 "CNH", 0.333 g)을 사용하였고, 몰리브데늄의 전구체로는 AMT (0.331 g)을 사용하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst 3, but cobalt was used instead of nickel as a metal component. Cobalt (II) nitrate hexahydrate (Co(NO 3 ) 2 · 6H 2 O, hereinafter "CNH", 0.333 g) was used as a precursor of cobalt, and AMT (0.331 g) was used as a precursor of molybdenum. .

Co(3)-Mo(8)-S/BZ-1에서 괄호 안의 숫자는 촉매 전체 중량을 기준으로 Co와 Mo의 중량%를 나타낸 것이다.
In Co(3)-Mo(8)-S/BZ-1, the numbers in parentheses represent the weight percent of Co and Mo based on the total weight of the catalyst.

(5) 촉매 5 : Mo(8)-S/BZ-2(5) Catalyst 5: Mo(8)-S/BZ-2 촉매 제조Catalyst preparation

상기 촉매 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 제올라이트 성분으로 상기 [표 2]의 제올라이트 H-Beta(SiO2/Al2O3=75.0)와 H-ZSM-5(SiO2/Al2O3=30.0)를 80:20 중량비로 혼합한 [표 3]의 복합 제올라이트(BZ-2) 분말을 사용하였다.
A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst 1, but zeolite H-Beta (SiO 2 /Al 2 O 3 =75.0) and H-ZSM-5 (SiO 2 /Al 2 O 3 ) of the [Table 2] as a zeolite component =30.0) was mixed in an 80:20 weight ratio, and the composite zeolite (BZ-2) powder of Table 3 was used.

(6) 촉매 6 : Mo(8)-S/BYZ-1(6) Catalyst 6: Mo(8)-S/BYZ-1 촉매 제조Catalyst preparation

상기 촉매 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 상기 [표 2]의 제올라이트 H-Beta(SiO2/Al2O3=75.0), 제올라이트 H-Y(SiO2/Al2O3=80.0) 및 H-ZSM-5(SiO2/Al2O3=30.0)를 85:5:10 중량비로 혼합한 [표 3]의 복합 제올라이트(BYZ-1) 분말을 사용하였다.
The catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst 1, but the zeolite H-Beta (SiO 2 /Al 2 O 3 =75.0) of [Table 2], zeolite HY (SiO 2 /Al 2 O 3 =80.0) and H- ZSM-5 (SiO 2 /Al 2 O 3 =30.0) was mixed in a weight ratio of 85:5:10 [Table 3] composite zeolite (BYZ-1) powder was used.

(7) 촉매 7 : Mo(8)-S/BYZ-2(7) Catalyst 7: Mo(8)-S/BYZ-2 촉매 제조Catalyst preparation

상기 촉매 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되, 상기 [표 2]의 제올라이트 H-Beta(SiO2/Al2O3=75.0), 제올라이트 H-Y(SiO2/Al2O3=80.0) 및 H-ZSM-5(SiO2/Al2O3=30.0)를 8:1:1 중량비로 혼합한 [표 3]의 복합 제올라이트(BYZ-2) 분말을 사용하였다.
The catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst 1, but the zeolite H-Beta (SiO 2 /Al 2 O 3 =75.0) of [Table 2], zeolite HY (SiO 2 /Al 2 O 3 =80.0) and H- ZSM-5 (SiO 2 /Al 2 O 3 =30.0) was mixed in an 8:1:1 weight ratio of the composite zeolite (BYZ-2) powder of [Table 3].

실험예 1: 모델 반응물 (테트랄린, Tetralin)의 수첨분해 반응Experimental Example 1: Hydrolysis reaction of model reactants (tetralin, Tetralin)

수첨처리된 HDT-LCO의 수소화 분해반응 실험에 앞서 모델반응물로 테트랄린을 사용하여 수소화 분해반응을 수행하여 수소화 분해 반응용 촉매의 금속성분의 효과를 조사하였다. 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매들 중에서 제올라이트 성분은 동일하지만 금속성분이 다른 상기 촉매 2 내지 4 촉매들을 하기와 같은 방법으로 건조 및 전처리한 후 수소화 분해반응을 수행하여 그 결과를 [표 4]에 나타내었다. Prior to the hydrocracking experiment of hydrogenated HDT-LCO, a hydrocracking reaction was performed using tetralin as a model reactant to investigate the effect of the metal component of the hydrocracking catalyst. Among the catalysts for the hydrocracking reaction prepared in Preparation Example 2, the catalysts 2 to 4 having the same zeolite component but different metal components were dried and pretreated in the following manner, followed by hydrocracking reaction, and the result [ It is shown in Table 4].

본 발명의 원리를 추가적으로 설명하기 위하여 상기 제조예 2로부터 제조된 수첨분해 반응용 촉매들을 250 내지 500 μm 크기의 펠렛형태로 성형하였다. 성형된 촉매 0.58 g을 고정층 흐름 반응기에 채우고, 아르곤 흐름(30 cc/min) 하의 150 ℃에서 1 시간 동안 건조 후, 압력 460 psi 수소 흐름(83.6 cc/min)하에서 황화용 반응물(10부피%의 디메틸디설파이드(dimethyl disulfide)를 포함한 1:1 몰비의 톨루엔과 1,2,4-트리메틸벤젠 혼합물)를 0.168 cc/min의 유속으로 흘려주며, 2.5 ℃/min 속도로 승온하여 400 ℃에서 2 시간 유지하여 황화처리 하였다.In order to further illustrate the principle of the present invention, the catalysts for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 were molded into pellets having a size of 250 to 500 μm. 0.58 g of the shaped catalyst was charged to a fixed bed flow reactor, dried for 1 hour at 150° C. under argon flow (30 cc/min), and then reacted for sulfidation (10 vol%) under pressure 460 psi hydrogen flow (83.6 cc/min). A 1:1 molar ratio of toluene and 1,2,4-trimethylbenzene including dimethyl disulfide) is flowed at a flow rate of 0.168 cc/min, and the temperature is raised at a rate of 2.5 ℃/min and maintained at 400 ℃ for 2 hours. And sulfided.

수첨분해 반응용 촉매의 황화처리 후, 2.5 ℃/min 속도로 120 ℃까지 반응기 온도를 낮춘 후, 압력 882 psig, 수소유량 39.4 cc/min·g-cat으로 조건을 변경한 뒤 반응물을 0.02 cc/min·g-cat 유속으로 흘려주었다. 상기 반응물로는 테트랄린을 사용하였으며, 수소/반응물의 부피비는 1972 mL/mL 이었다. 반응물 유속은 테트랄린 유량 및 촉매 질량을 기준으로 WHSV(Weight Hourly Space Velocity) = 2.0 h-1에 해당한다. 반응기 온도를 반응온도(350 내지 450 ℃)로 승온하고 정상상태에 도달한 이후 반응 액체생성물을 기/액 분리기의 아래쪽에서 회수하여 액체 생성물의 성분을 GC-FID 및 GC/MS 분석으로 확인하였다. 촉매의 성능은 하기 수학식 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, BTX의 수율, Alkyl-Bz 및 액체생성물의 수율의 수율을 계산하여 비교하였다.
After sulfiding the catalyst for hydrocracking reaction, lower the reactor temperature to 120°C at a rate of 2.5°C/min, change the conditions to a pressure of 882 psig and a hydrogen flow rate of 39.4 cc/min·g-cat, and change the reaction product to 0.02 cc/min. It was flowed at a flow rate of min·g-cat. Tetraline was used as the reactant, and the volume ratio of hydrogen/reactant was 1972 mL/mL. The flow rate of the reactant corresponds to WHSV (Weight Hourly Space Velocity) = 2.0 h -1 based on the tetralin flow rate and the catalyst mass. The reactor temperature was raised to the reaction temperature (350 to 450° C.), and after reaching a steady state, the reaction liquid product was recovered from the bottom of the gas/liquid separator, and the components of the liquid product were confirmed by GC-FID and GC/MS analysis. The performance of the catalyst was compared by calculating the yield of BTX, the yield of Alkyl-Bz and the yield of the liquid product, as shown in Equations 1 to 3 below.

[수학식 1][Equation 1]

BTX의 수율 (wt%) = (액체 생성물 중의 BTX 함량, 중량%) × (액체 생성물의 수율) / 100
Yield of BTX (wt%) = (BTX content in liquid product, wt%) × (Yield of liquid product) / 100

[수학식 2][Equation 2]

Alkyl-Bz의 수율 (wt%) = (액체 생성물 중의 Alkyl-Bz 함량, 중량%) × (액체 생성물의 수율) / 100
Alkyl-Bz yield (wt%) = (Alkyl-Bz content in liquid product, wt%) × (Liquid product yield) / 100

[수학식 3][Equation 3]

액체생성물의 수율 (wt%) = (단위 시간당 생성된 액체생성물의 무게) / (단위 시간당 주입된 반응물의 무게) × 100
Yield of liquid product (wt%) = (weight of liquid product produced per unit time) / (weight of reactant injected per unit time) × 100

온도
(℃)
Temperature
(℃)
액체 생성물 수율 (wt%)Liquid product yield (wt%) BTX 수율 (wt%)BTX yield (wt%) Alkyl-Bz 수율 (wt%)Alkyl-Bz yield (wt%) BTX+Alkyl-Bz 수율 (wt%)BTX+Alkyl-Bz yield (wt%)
촉매 2Catalyst 2 375375 74.674.6 42.142.1 12.412.4 54.554.5 촉매 3Catalyst 3 375375 78.978.9 31.831.8 10.210.2 42.042.0 촉매 4Catalyst 4 375375 76.576.5 41.041.0 11.611.6 52.652.6

상기 [표 4] 제올라이트 성분은 복합제올라이트 BZ-1으로 동일하고 금속 성분이 다른 세 가치 촉매 2 내지 4 상에서 모델 반응물인 테트랄린의 수소화 분해반응 결과를 나타내었다. [Table 4] The zeolite component is the same as the composite zeolite BZ-1 and shows the results of the hydrocracking reaction of tetralin, a model reactant, on three value catalysts 2 to 4 having different metal components.

몰리브테늄(Mo)이 담지된 촉매 2 및 코발트(Co)와 몰리브데늄(Mo)이 함께 담지된 촉매 4 상에서는 BTX 수율이 40 wt% 이상으로 높게 나타난 반면에 니켈(Ni)과 몰리브데늄(Mo)이 함께 담지된 촉매 3 상에서는 BTX 수율이 매우 낮게 나타났다. 상기의 결과는 촉매 2 내지 4의 제올라이트 성분이 동일하므로 금속성분의 수소화 활성의 차이에 따른 결과로 해석된다. 즉, Ni-Mo 금속의 경우 수소화 활성이 과도하여 상기 [반응식 2]에서 테트랄린의 수소화 반응으로 데칼린이 생성되고 제올라이트의 산점에서 분해되어 LPG 및 Naphtha로 전환되어 BTX 수율이 낮게 나타난 것으로 해석된다. 반면에 Ni-Mo 금속보다 수소화 활성이 낮은 Mo 또는 Co-Mo이 담지된 촉매 2 또는 촉매 4 상에서 BTX 및 BTX+Alkyl-Bz 수율이 매우 높게 나타났다. 따라서 상기 실험예 1에 따른 테트랄린의 수소화 분해반응의 결과로부터 수소화 분해 반응용 촉매에서 제올라이트 성분이 동일한 경우에 금속 성분의 차이에 따른 수소화 분해반응의 효과가 현저하게 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
On the catalyst 2 on which molybthenium (Mo) was supported and on the catalyst 4 on which cobalt (Co) and molybdenum (Mo) were supported together, the BTX yield was higher than 40 wt%, while nickel (Ni) and molybdenum The BTX yield was very low on the catalyst 3 on which (Mo) was supported together. The above result is interpreted as a result according to the difference in hydrogenation activity of the metal component since the zeolite components of catalysts 2 to 4 are the same. That is, in the case of Ni-Mo metal, it is interpreted that the hydrogenation activity is excessive and decalin is generated by the hydrogenation reaction of tetralin in the above [Scheme 2], and is converted to LPG and Naphtha by decomposition at the acid point of the zeolite, resulting in a low BTX yield. . On the other hand, the yields of BTX and BTX+Alkyl-Bz were very high on catalyst 2 or catalyst 4 on which Mo or Co-Mo, which has lower hydrogenation activity than Ni-Mo metal, is supported. Therefore, from the results of the hydrocracking reaction of tetralin according to Experimental Example 1, it can be confirmed that the effect of the hydrocracking reaction according to the difference in the metal component is significantly different when the zeolite component is the same in the catalyst for the hydrocracking reaction. .

실험예 2: HDT-LCO의 수첨분해 반응Experimental Example 2: Hydrolysis reaction of HDT-LCO

상기 제조예 1로부터 준비된 HDT-LCO 1 및 HDT-LCO 2를 반응물로 사용하였고, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매들을 실험예 1과 같은 방법으로, 성형된 촉매를 반응기에 채우고 건조 및 전처리한 후 수소화 분해반응을 수행하였으며, 그 결과를 하기 [표 5] 및 [표 6]에 나타내었다.
HDT-LCO 1 and HDT-LCO 2 prepared from Preparation Example 1 were used as reactants, and the catalysts for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 were used in the same manner as in Experimental Example 1, and the formed catalyst was filled in the reactor and dried. And after the pretreatment, a hydrocracking reaction was performed, and the results are shown in [Table 5] and [Table 6] below.

실시예 1: 촉매 6 상에서 HDT-LCO 2의 수소화 분해반응Example 1: Hydrocracking reaction of HDT-LCO 2 on catalyst 6

상기에 제조예 1로부터 준비된 HDT-LCO 2를 반응물로 사용하고, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 6을 이용하여 상기 실험예 2와 같은 방법으로 건조 및 전처리한 후 수소화 분해반응을 수행하였다.
Using the HDT-LCO 2 prepared from Preparation Example 1 as a reactant, and drying and pretreatment in the same manner as in Experimental Example 2 using the hydrocracking catalyst 6 prepared from Preparation Example 2, the hydrocracking reaction was performed. Performed.

실시예 2: 촉매 7 상에서 HDT-LCO 2의 수소화 분해반응Example 2: Hydrocracking reaction of HDT-LCO 2 on catalyst 7

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하되, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 7을 사용하였다.
The experiment was conducted in the same manner as in Example 1, but the catalyst 7 for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 was used.

비교예 1: 촉매 2 상에서 HDT-LCO 2의 수소화 분해반응Comparative Example 1: Hydrocracking reaction of HDT-LCO 2 on catalyst 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하되, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 2를 사용하였다.
The experiment was conducted in the same manner as in Example 1, but the catalyst 2 for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 was used.

비교예 2: 촉매 1 상에서 HDT-LCO 1의 수소화 분해반응Comparative Example 2: Hydrocracking reaction of HDT-LCO 1 on catalyst 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하되, 상기 제조예 1로부터 준비된 HDT-LCO 1를 반응물로 사용하고, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 1을 사용하였다.
The experiment was conducted in the same manner as in Example 1, but the HDT-LCO 1 prepared from Preparation Example 1 was used as a reactant, and the catalyst 1 for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 was used.

비교예 3: 촉매 2 상에서 HDT-LCO 1의 수소화 분해반응Comparative Example 3: Hydrocracking reaction of HDT-LCO 1 on catalyst 2

상기 비교예 2와 동일한 방법으로 실험을 진행하되, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 2를 사용하였다.
The experiment was conducted in the same manner as in Comparative Example 2, but the catalyst 2 for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 was used.

비교예 4: 촉매 5 상에서 HDT-LCO 1의 수소화 분해반응Comparative Example 4: Hydrocracking reaction of HDT-LCO 1 on catalyst 5

상기 비교예 2와 동일한 방법으로 실험을 진행하되, 상기 제조예 2로부터 제조된 수소화 분해 반응용 촉매 5를 사용하였다.
The experiment was conducted in the same manner as in Comparative Example 2, but the catalyst 5 for hydrocracking reaction prepared from Preparation Example 2 was used.

온도
(℃)
Temperature
(℃)
액체 생성물 수율 (wt%)Liquid product yield (wt%) BTX 수율 (wt%)BTX yield (wt%) Alkyl-Bz 수율 (wt%)Alkyl-Bz yield (wt%) BTX+Alkyl-Bz 수율 (wt%)BTX+Alkyl-Bz yield (wt%) C11 + 방향족 수율
(wt%)
C 11 + aromatic yield
(wt%)
비교예 2Comparative Example 2 375375 80.480.4 17.917.9 21.221.2 39.139.1 7.17.1 400400 77.477.4 23.123.1 21.321.3 44.444.4 4.24.2 비교예 3Comparative Example 3 375375 73.373.3 21.521.5 20.120.1 41.641.6 8.88.8 400400 64.964.9 25.025.0 17.717.7 42.742.7 5.65.6 비교예 4Comparative Example 4 375375 61.461.4 24.024.0 14.114.1 38.138.1 6.76.7 400400 55.355.3 27.927.9 10.910.9 38.838.8 3.83.8

온도
(℃)
Temperature
(℃)
액체 생성물 수율
(wt%)
Liquid product yield
(wt%)
BTX 수율 (wt%)BTX yield (wt%) Alkyl-Bz 수율 (wt%)Alkyl-Bz yield (wt%) BTX+Alkyl-Bz 수율
(wt%)
BTX+Alkyl-Bz yield
(wt%)
C11 + 방향족 수율
(wt%)
C 11 + aromatic yield
(wt%)
실시예 1Example 1 400400 66.166.1 25.125.1 16.816.8 42.042.0 5.65.6 425425 55.255.2 26.926.9 13.813.8 40.740.7 3.03.0 실시예 2Example 2 400400 62.162.1 30.130.1 14.014.0 44.144.1 2.22.2 425425 51.451.4 30.630.6 10.110.1 40.740.7 0.80.8 비교예 1Comparative Example 1 400400 68.268.2 23.523.5 16.916.9 40.440.4 10.310.3 425425 59.759.7 25.125.1 13.613.6 38.738.7 8.38.3

상기 [표 5] 및 [표 6]에 각각 제조예 1에 따른 HDT-LCO 1 및 HDT-LCO 2의 수소화 분해반응 결과를 나타내었다. The results of the hydrocracking reaction of HDT-LCO 1 and HDT-LCO 2 according to Preparation Example 1 are shown in [Table 5] and [Table 6], respectively.

상기 제조예 1에 따른 HDT-LCO 1에 대해 본 발명의 비교예(비교예 2 내지 4)에 따른 수소화 분해반응 결과를 [표 5]에 비교하였다. BTX 외의 Alkyl-Bz 류의 탈알킬화 반응을 통한 BTX로의 전환을 촉진하기 위해 산도가 높고 기공크기가 작은 H-ZSM-5를 첨가한 수소화 분해 반응용 촉매 2 및 5에 따른 수소화 분해반응 결과 (비교예 3 및 4)를 H-ZSM-5가 첨가되지 않은 수소화 분해 반응용 촉매 1에 따른 수첨분해 반응 결과(비교예 2)와 비교할 때, 동일 반응온도에서 Alkyl-Bz의 수율이 감소하고 BTX 수율이 증가하는 효과를 확인할 수 있다(도 2). 도 2에 나타낸 바와 같이 상기의 효과는 H-ZSM-5 함량이 증가할수록 커지는데 복합 제올라이트의 H-ZSM-5의 함량이 20 wt%인 경우(비교예 4)에는 과도한 분해반응으로 액체생성물의 수율이 매우 낮아지고 가스 생성물(주로 LPG)의 수율이 크게 높아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 H-ZSM-5 함량이 그 이상으로 과도하게 높으면 BTX+Alkyl-Bz 수율또한 감소할 것임을 예상할 수 있다. 그러나 여전히 비교예 2 내지 4에 의한 HDT-LCO 1의 수첨분해 반응 결과 수소화 분해반응 촉매에 사용된 제올라이트의 기공크기의 제한으로 분자크기가 큰 C11 + 방향족 화합물의 전환율이 낮고 수율도 비교적 높게 나타났다. 따라서 분자크기가 큰 C11 + 방향족 화합물이 추가적으로 수소화 분해되도록 수소화 분해 반응용 촉매가 설계된다면 고부가의 BTX 및 BTX+Alkyl-Bz의 수율을 향상시킬 수 있을 것이다. The results of the hydrocracking reaction according to Comparative Examples (Comparative Examples 2 to 4) of the present invention for HDT-LCO 1 according to Preparation Example 1 were compared in [Table 5]. Hydrocracking reaction results according to catalysts 2 and 5 for hydrocracking reaction with the addition of H-ZSM-5 with high acidity and small pore size to promote the conversion to BTX through dealkylation of Alkyl-Bz other than BTX (comparative When comparing Examples 3 and 4) with the results of the hydrocracking reaction according to the catalyst 1 for hydrocracking reaction without H-ZSM-5 (Comparative Example 2), the yield of Alkyl-Bz decreases and the BTX yield at the same reaction temperature. This increasing effect can be confirmed (Fig. 2). As shown in FIG. 2, the above effect increases as the H-ZSM-5 content increases. When the H-ZSM-5 content of the composite zeolite is 20 wt% (Comparative Example 4), the liquid product is It can be seen that the yield is very low and the yield of gaseous products (mainly LPG) is greatly increased. Therefore, it can be expected that if the H-ZSM-5 content is excessively high, the yield of BTX+Alkyl-Bz will also decrease. However, as a result of the hydrocracking reaction of HDT-LCO 1 according to Comparative Examples 2 to 4, the conversion rate of the C 11 + aromatic compound having a large molecular size was low and the yield was relatively high due to the limitation of the pore size of the zeolite used in the hydrocracking reaction catalyst. . Therefore, if the catalyst for the hydrocracking reaction is designed so that the C 11 + aromatic compound having a large molecular size is further hydrocracked, the yield of high-added BTX and BTX+Alkyl-Bz can be improved.

이에, 본 발명의 실시예(실시예 1 내지 2)에서 제조예 1에 따른 수첨처리 된 HDT-LCO 2에 대한 수소화 분해반응 결과를 비교예 1에 따른 수소화 분해반응 결과와 [표 6]에 비교하였다. 상기 비교예 2 내지 4에 따른 수소화 분해반응 결과를 참고하여 미전환된 분자크기가 큰 C11 + 방향족 화합물의 수소화 분해반응을 촉진하기 위해 수소화 분해 반응용 촉매에 사용된 복합 제올라이트에 메조기공을 갖는 제올라이트 Y를 소량 첨가한 복합 제올라이트 BYZ-1 및 BYZ-2를 사용한 촉매 6 및 7을 수소화 분해 반응용 촉매로 개발하기에 이르렀다. 메조기공을 갖는 제올라이트 Y를 포함하지 않는 수소화 분해 반응용 촉매를 사용한 비교예 1에 따른 결과와 비교하여 실시예 1 및 실시예 2에 따른 결과에서 분자크기가 큰 C11 + 방향족의 전환이 촉진되어 C11 + 방향족의 수율이 감소하고 BTX 및 BTX+Alkyl-Bz의 수율이 크게 증가하는 효과를 확인할 수 있다. [표 6] 및 도 3을 참고하면 실시예 2에 따른 결과에서 C11 + 방향족의 수율이 매우 낮은 반면에 BTX 함량이 30 wt% 이상으로 증가하고 BTX+Alkyl-Bz의 수율 또한 44 wt% 이상으로 높게 나타났다. 수소화 분해 반응용 촉매에서 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 함량이 증가할수록 액체생성물의 수율 감소하는데 제올라이트 Y의 함량이 일정 수준 이상으로 높으면 과도한 분해반응으로 가스 생성물(주로 LPG)의 수율이 증가하고 BTX+Alkyl-Bz의 수율이 감소할 것으로 예상할 수 있다. Accordingly, the hydrocracking reaction results of the hydrocracked HDT-LCO 2 according to Preparation Example 1 in Examples (Examples 1 to 2) of the present invention were compared to the hydrocracking reaction results according to Comparative Example 1 and [Table 6]. I did. Having mesopores in the composite zeolite used in the hydrocracking catalyst to promote the hydrocracking reaction of the unconverted C 11 + aromatic compound having a large molecular size, referring to the hydrocracking results according to Comparative Examples 2 to 4 above. Catalysts 6 and 7 using composite zeolites BYZ-1 and BYZ-2 to which a small amount of zeolite Y was added were developed as catalysts for hydrocracking reaction. Compared with the results according to Comparative Example 1 using a catalyst for hydrocracking reaction that does not include zeolite Y having mesopores, in the results according to Examples 1 and 2, the conversion of C 11 + aromatic having a large molecular size was promoted. It can be seen that the yield of C 11 + aromatic decreases and the yield of BTX and BTX + Alkyl-Bz is greatly increased. Referring to [Table 6] and FIG. 3, in the result according to Example 2, while the yield of C 11 + aromatics was very low, the BTX content increased to 30 wt% or more, and the yield of BTX + Alkyl-Bz was also 44 wt% or more. Was high. In the catalyst for hydrocracking reaction, the yield of the liquid product decreases as the content of zeolite Y having mesopores increases.If the content of zeolite Y is higher than a certain level, the yield of gaseous products (mainly LPG) increases due to excessive decomposition reaction, and BTX+ It can be expected that the yield of Alkyl-Bz will decrease.

따라서 분자의 크기 분포가 넓은 1환 내지 3환 방향족 (2환 > 1환 > 3환 이상 방향족)으로 주로 이루어진 LCO로부터 BTX를 포함하는 경방향족 탄화수소를 고수율로 얻기 위해서는 본 발명의 상기의 결과를 바탕으로 수소화 분해 반응용 촉매를 구성하는 H-Beta, H-ZSM-5 및 H-Y(USY) Zeolite의 촉매적 역할을 도 1에 도식적으로 표현하였다. LCO에 포함된 방향족 화합물 중에서 2환 방향족의 함량이 가장 높으므로(표 1), HDT-LCO의 수소화 분해반응에서 적절한 기공크기를 갖는 H-Beta가 주 제올라이트 성분으로서 분해반응에 대한 선택성이 가장 우수하나 BTX 외에 다양한 Alkyl-Bz과 분자크기가 큰 미전환된 C11 + 방향족 탄화수소가 높은 수율로 병산되는 문제점이 있다. 이에 산도가 높고 기공크기가 작은 H-ZSM-5를 적절량 첨가하여 Alkyl-Bz류의 탈알킬화/트랜스알킬화 반응을 촉진하여 BTX 수율을 향상시키고 또한 메조기공을 갖는 제올라이트 H-Y(USY)를 적절량 첨가하여 분자 크기가 큰 C11 + 방향족 화합물의 분해를 촉진하여 최종 얻어지는 BTX 및 BTX+Alkyl-Bz의 수율을 극대화 시킬 수 있다. 여기서 Alkyl-Bz 류의 주성분은 트리메틸벤젠류(trimethylbenzenes, C9 방향족)과 에틸벤젠(ethylbenzene, C8 방향족)등이다. 트리메틸벤젠류는 별도의 톨루엔과의 트랜스알킬화 반응으로 자일렌을 생성하는데 유용한 물질이며 에틸벤젠은 그 자체로 고부가 석유화학원료물질로 사용되거나 탈알킬화/트랜스알킬화 반응에서 쉽게 벤젠으로 전환될 수 있는 유용한 물질이다.Therefore, in order to obtain a light aromatic hydrocarbon containing BTX in high yield from LCO consisting mainly of monocyclic to tricyclic aromatics (bicyclic>monocyclic> tricyclic or more aromatic) having a wide molecular size distribution, the above results of the present invention Based on this, the catalytic roles of H-Beta, H-ZSM-5, and HY(USY) Zeolite constituting the catalyst for hydrocracking reaction are schematically expressed in FIG. 1. Among the aromatic compounds contained in LCO, the content of bicyclic aromatics is the highest (Table 1), so H-Beta having an appropriate pore size in the hydrocracking reaction of HDT-LCO is the main zeolite component and has the best selectivity for the decomposition reaction. In addition to BTX, there is a problem that various Alkyl-Bz and unconverted C 11 + aromatic hydrocarbons having a large molecular size are combined with each other in high yield. Therefore, by adding an appropriate amount of H-ZSM-5 with high acidity and small pore size to promote the dealkylation/transalkylation reaction of Alkyl-Bz to improve the BTX yield, and to increase the BTX yield, and to add an appropriate amount of zeolite HY (USY) having mesopores. By adding it, it is possible to maximize the yield of BTX and BTX+Alkyl-Bz obtained by promoting the decomposition of C 11 + aromatic compounds having a large molecular size. Here, the main components of Alkyl-Bz are trimethylbenzenes (C 9 aromatics) and ethylbenzene (C 8 aromatics). Trimethylbenzenes are useful substances for generating xylene through a separate transalkylation reaction with toluene, and ethylbenzene itself is a useful material that can be used as a high value petrochemical raw material or can be easily converted to benzene in a dealkylation/transalkylation reaction. It is a substance.

그러므로 본 발명에 따르면, 제올라이트 베타, ZSM-5 및 메조기공을 갖는 제올라이트 Y의 분자크기 선택성 복합 제올라이트에 VIB족 금속, 또는 ⅥB 족 금속과 ⅧB 족 금속의 혼합금속이 담지된 촉매를 사용함으로써, 1환 내지 3환 이상의 방향족으로 구성되어 다양한 분자 크기를 갖는 LCO로부터 BTX 함량이 증가된 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소를 높은 수율로 얻는 효과를 달성할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by using a catalyst in which a group VIB metal or a mixed metal of a group VIB and a group VIIIB metal is supported on the molecular size selectivity complex zeolite of zeolite beta, ZSM-5 and zeolite Y having mesopores, 1 C 6 -C 9 with increased BTX content from LCO having various molecular sizes consisting of ring to three or more aromatic rings The effect of obtaining a range of light aromatic hydrocarbons in high yield can be achieved.

Claims (12)

(ⅰ) 12-MR(membered ring) 기공크기를 갖는 제올라이트 베타, 12-MR 기공크기와 2 내지 50 nm의 메조기공을 갖는 제올라이트 Y 및 10-MR 기공크기를 갖는 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트; 및
(ⅱ) ⅥB 족 금속;을 포함하고,
상기 복합 제올라이트 전체 중량에 대하여 상기 제올라이트 베타는 65 내지 90 중량%, 상기 제올라이트 Y는 1 내지 20 중량% 및 상기 제올라이트 ZSM-5는 1 내지 30 중량% 포함하고,
상기 ⅥB 족 금속은 Mo인 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매.
(I) a composite zeolite of zeolite beta having 12-MR (membered ring) pore size, zeolite Y having 12-MR pore size and mesopores of 2 to 50 nm, and zeolite ZSM-5 having 10-MR pore size; And
(Ii) a Group VIB metal; including,
With respect to the total weight of the composite zeolite, the zeolite beta is 65 to 90% by weight, the zeolite Y is 1 to 20% by weight, and the zeolite ZSM-5 is 1 to 30% by weight,
The catalyst for molecular size selective hydrocracking reaction, characterized in that the group VIB metal is Mo.
제1항에 있어서,
상기 제올라이트 베타는 SiO2와 Al2O3가 50 내지 90 : 1의 몰비로 구성된 형태이고, 비표면적은 550 내지 750 m2/g이며, 총 기공부피는 0.2 내지 0.4 cc/g이며, 평균 기공 크기는 1 nm 이하이며;
상기 제올라이트 Y는 SiO2와 Al2O3가 10 내지 50 : 1의 몰비로 구성된 형태이고, 비표면적은 650 내지 850 m2/g이며, 총 기공부피는 0.4 내지 0.6 cc/g이며, 평균 기공 크기 2 내지 10 nm 및 1 nm 이하의 두 종류의 기공을 포함하며;
상기 제올라이트 ZSM-5는 SiO2와 Al2O3가 60 내지 100 : 1의 몰비로 구성된 형태이고, 비표면적은 300 내지 500 m2/g이며, 총 기공부피는 0.01 내지 0.3 cc/g이며, 평균 기공 크기는 1 nm 이하인 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The zeolite beta is a form consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 50 to 90:1, a specific surface area of 550 to 750 m 2 /g, a total pore volume of 0.2 to 0.4 cc/g, and an average pore Size is 1 nm or less;
The zeolite Y is a form consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 10 to 50:1, a specific surface area of 650 to 850 m 2 /g, a total pore volume of 0.4 to 0.6 cc/g, and an average pore It contains two kinds of pores of size 2 to 10 nm and 1 nm or less;
The zeolite ZSM-5 has SiO 2 and Al 2 O 3 in a molar ratio of 60 to 100:1, a specific surface area of 300 to 500 m 2 /g, and a total pore volume of 0.01 to 0.3 cc/g, Molecular size-selective hydrocracking catalyst, characterized in that the average pore size is 1 nm or less.
제1항에 있어서,
상기 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매는 슈도-보에마이트(Pseudo Boehmite)를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The catalyst for the molecular size selective hydrocracking reaction is a catalyst for a molecular size selective hydrocracking reaction, characterized in that it further comprises Pseudo Boehmite.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 ⅥB 족 금속은 황화물 형태인 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The group VIB metal is a catalyst for molecular size selective hydrocracking reaction, characterized in that the sulfide form.
제1항에 있어서,
상기 복합 제올라이트의 함량은 상기 수소화 분해 반응 촉매 전체 중량에 대하여 50 내지 95 중량%인 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The content of the composite zeolite is 50 to 95% by weight, based on the total weight of the hydrocracking reaction catalyst.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 Mo 함량은 상기 수소화 분해 반응용 촉매의 전체 중량에 대하여 5-20 중량%인 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매.
The method of claim 1,
The Mo content is a molecular size selective hydrocracking catalyst, characterized in that 5-20% by weight based on the total weight of the hydrocracking reaction catalyst.
(a) ⅥB 족 금속전구체를 증류수에 녹여 금속전구체 수용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 얻은 금속전구체 수용액을 제올라이트 베타, 제올라이트 Y 및 제올라이트 ZSM-5의 복합 제올라이트에 함침시키는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 수득한 금속 담지 복합 제올라이트를 건조시킨 후, 산소가 흐르는 오븐에서 소성시켜 금속을 함께 포함하는 복합 제올라이트계 촉매를 수득하는 단계;를 포함하고,
상기 복합 제올라이트 전체 중량에 대하여 상기 제올라이트 베타는 65 내지 90 중량%, 상기 제올라이트 Y는 1 내지 20 중량% 및 상기 제올라이트 ZSM-5는 1 내지 30 중량% 포함하고,
상기 ⅥB 족 금속전구체는 Mo 전구체인 것을 특징으로 하는 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매의 제조방법.
(a) dissolving a group VIB metal precursor in distilled water to prepare an aqueous metal precursor solution;
(b) impregnating the composite zeolite of zeolite beta, zeolite Y and zeolite ZSM-5 with the aqueous metal precursor solution obtained in step (a); And
(c) drying the metal-supported composite zeolite obtained in step (b) and then firing it in an oven flowing with oxygen to obtain a composite zeolite-based catalyst containing metal together; and
With respect to the total weight of the composite zeolite, the zeolite beta is 65 to 90% by weight, the zeolite Y is 1 to 20% by weight, and the zeolite ZSM-5 is 1 to 30% by weight,
The method for producing a catalyst for molecular size-selective hydrocracking reaction, wherein the group VIB metal precursor is a Mo precursor.
제9항에 있어서,
상기 (c) 단계의 건조는 상온에서 4 내지 7 시간 동안 수행한 후, 60 내지 100 ℃에서 8 내지 14 시간 동안 수행되며,
상기 (c) 단계의 소성은, 상온에서 100 내지 300 ℃ 사이의 제1 열처리 온도까지 8 내지 12 ℃/분으로 승온하는 제1 열처리 단계; 및 상기 제1 열처리 온도에서 400 내지 600 ℃ 사이의 제2 열처리 온도까지 1 내지 7 ℃/분으로 승온하는 제2 열처리 단계;를 거쳐 수행되는 것을 특징으로 하는, 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매의 제조방법.
The method of claim 9,
The drying in step (c) is performed at room temperature for 4 to 7 hours, and then at 60 to 100°C for 8 to 14 hours,
The sintering of step (c) may include a first heat treatment step of raising the temperature from room temperature to a first heat treatment temperature between 100 to 300 °C at 8 to 12 °C/min; And a second heat treatment step of raising the temperature from the first heat treatment temperature to a second heat treatment temperature between 400 and 600° C. at 1 to 7° C./min., wherein the catalyst for molecular size-selective hydrocracking reaction Manufacturing method.
제1항에 따른 분자크기 선택성 수소화 분해 반응용 촉매를 이용한, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소를 제조하기 방법으로서, 반응기 내에서,
(1) 상기 수소화 분해 반응 촉매를 건조시키는 단계;
(2) 반응기 온도를 400 내지 500 ℃로 승온시킨 후, 압력은 400 내지 1500 psig로 조절하고, 수소를 포함하는 가스 흐름하에서 수소화 분해 반응 촉매를 황화시키는 단계;
(3) 반응기 온도를 120 ℃ 이하로 낮춘 후, 압력은 500 내지 1600 psig로 조절하고, 수소 유량은 30 내지 100 cc/min·g-cat으로 조절하는 단계;
(4) 다환 방향족 탄화수소를 0.01 내지 3.3 cc/min·g-cat의 유속으로 흘려주는 단계; 및
(5) 반응기 온도를 350 내지 450 ℃로 승온하여 반응시킨 후, 반응 액체 생성물을 기/액 분리기에서 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소의 제조방법.
A method for producing a light aromatic hydrocarbon in the range of C 6 -C 9 from a polycyclic aromatic hydrocarbon using the catalyst for molecular size selective hydrocracking reaction according to claim 1, in a reactor,
(1) drying the hydrocracking reaction catalyst;
(2) after raising the temperature of the reactor to 400 to 500° C., the pressure is adjusted to 400 to 1500 psig, and sulfurizing the hydrocracking reaction catalyst in a gas stream containing hydrogen;
(3) After lowering the reactor temperature to 120° C. or less, the pressure is adjusted to 500 to 1600 psig, and the hydrogen flow rate is adjusted to 30 to 100 cc/min·g-cat;
(4) flowing a polycyclic aromatic hydrocarbon at a flow rate of 0.01 to 3.3 cc/min·g-cat; And
(5) After reacting by raising the temperature of the reactor to 350 to 450 °C, recovering the reaction liquid product in a gas/liquid separator; characterized in that it comprises, from a polycyclic aromatic hydrocarbon in the range of C 6 -C 9 A method for producing aromatic hydrocarbons.
제11항에 있어서,
상기 다환 방향족 탄화수소는 1환 및 2환 방향족 탄화수소를 함께 사용하여 BTX를 포함하는 경방향족 탄화수소로 전환시키는 것을 특징으로 하는, 다환 방향족 탄화수소로부터 C6-C9 범위의 경방향족 탄화수소의 제조방법.
The method of claim 11,
The polycyclic aromatic hydrocarbon is a method for producing a light aromatic hydrocarbon in the range of C 6 -C 9 from a polycyclic aromatic hydrocarbon, characterized in that conversion to a light aromatic hydrocarbon including BTX by using a monocyclic and a bicyclic aromatic hydrocarbon together.
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