KR102496524B1 - Dissimilar metal supported catalyst for preparation of aromatic compounds by dehydroaromatization of methane and Method for preparing aromatic compounds using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조용 이종금속 담지 촉매 및 이를 이용한 방향족 화합물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이종금속 담지 촉매는 제올라이트 담지체에 철(Fe)이 담지된 촉매에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 등의 귀금속을 추가 도입함으로써 탈수소화 반응 및 탈수소방향족화 반응의 활성종인 탄화 철(Fe3C)의 형성을 촉진함으로써 방향족 화합물의 생산 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
The present invention relates to a heterometal-supported catalyst for preparing an aromatic compound by dehydroaromatization of methane and a method for preparing an aromatic compound using the same.
The heterometal-supported catalyst according to the present invention is dehydrogenated by additionally introducing precious metals such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt) and rhodium (Rh) into the catalyst in which iron (Fe) is supported on a zeolite support. By accelerating the formation of iron carbide (Fe 3 C), which is an active species in the reaction and dehydroaromatization reaction, the production yield of aromatic compounds can be greatly improved.

Description

메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조용 이종금속 담지 촉매 및 이를 이용한 방향족 화합물의 제조방법{Dissimilar metal supported catalyst for preparation of aromatic compounds by dehydroaromatization of methane and Method for preparing aromatic compounds using the same}Dissimilar metal supported catalyst for preparation of aromatic compounds by dehydroaromatization of methane and Method for preparing aromatic compounds using the same}

본 발명은 메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조용 이종금속 담지 촉매 및 이를 이용한 방향족 화합물의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heterometal-supported catalyst for preparing an aromatic compound by dehydroaromatization of methane and a method for preparing an aromatic compound using the same.

벤젠, 톨루렌, 자일렌으로 대표되는 방향족 화합물은 산업적으로 매우 중요한 화합물로 화학제품의 중간 생성물, 용매, 고분자의 원료 등으로 활용되고 있다. 2012년 벤젠은 약 4,000만 톤, 톨루엔은 1,400만 톤 생산되었고, 이들에 대한 수요는 전 세계 GDP 증가율에 따라 35%에서 40%의 증가율을 나타낼 것으로 예측되고 있다.Aromatic compounds represented by benzene, toluene, and xylene are industrially very important compounds and are used as intermediate products of chemical products, solvents, and raw materials for polymers. In 2012, about 40 million tons of benzene and 14 million tons of toluene were produced, and demand for these products is expected to increase by 35% to 40% according to the global GDP growth rate.

이처럼 고부가 가치를 가지는 방향족 화합물은 현재 대부분 원유에 의존한 나프타(Naptha)의 촉매 개질 공정에 의해 생산되고 있고 있다. 하지만, 이러한 원유 의존적인 생산 공정은 급격한 유가의 변동 및 한정된 원유의 매장량에 의해 상당한 영향을 받을 수 있다는 점에서 한계가 존재한다. 따라서, 이러한 원유 의존적 생산 방식에 벗어난 새로운 원료 기반의 방향족 화합물 생산 기술이 필요하다. Aromatic compounds having such high added value are currently mostly produced by a catalytic reforming process of naphtha, which relies on crude oil. However, this crude oil-dependent production process has limitations in that it can be significantly affected by rapid fluctuations in oil prices and limited reserves of crude oil. Therefore, there is a need for a new raw material-based aromatic compound production technology that is out of this crude oil-dependent production method.

한편, 최근에는 수평시추법, 수압파쇄법과 같은 셰일가스 채굴기술의 발전으로 인해 셰일가스 채굴단가가 낮아지고 있어 세계 에너지 시장에 중대한 변화를 일으키고 있다. 이러한 셰일가스를 비롯한 천연가사는 약 85%의 메탄과 10%의 에탄, 그리고 프로판 등의 경질 탄화수소로 구성되어 있다. 셰일가스를 비롯한 천연가스의 막대한 매장량을 고려할 때, 이들로부터 고부가 가치의 화합물을 합성하는 것은 산업적으로도 매우 중요하다고 할 것인바, 최근에는 상기 천연가스에 포함된 성분들로부터 올레핀, 방향족 화합물과 같은 고부가 가치의 화합물을 합성하는 기술에 대한 연구가 집중적으로 연구되고 있다.On the other hand, recent developments in shale gas mining technologies such as horizontal drilling and hydraulic fracturing have lowered the unit cost of shale gas mining, causing significant changes in the global energy market. Natural gas, including shale gas, is composed of about 85% methane, 10% ethane, and light hydrocarbons such as propane. Considering the enormous reserves of natural gas, including shale gas, it would be industrially very important to synthesize high value-added compounds from them. Research on technologies for synthesizing high value-added compounds is being intensively studied.

그 중 메탄의 탈수소방향족화 반응을 이용하여 방향족 화합물을 합성하는 방법은 기존 원유 기반의 방향족 화합물 합성법에 비해 원료 자체의 단가가 낮다는 경제적 이점으로 인해 많은 연구가 이루어져 왔다. 메탄의 탈수소방향족화 반응은 메탄을 비산화적 조건에서 전환 시키기 때문에 700 ℃ 이상의 고온 반응 조건과 적절한 촉매가 필요하며, 상기 촉매는 반응물인 메탄을 활성화(activation)시킬 수 있는 금속 활성 자리(metal active site), 활성화된 메탄의 활성종을 올리고머화(oligomerization), 방향족화 반응(aromatization)을 일으킬 수 있는 브뢴스테드 산점 (bronsted acid site), 및 합성된 방향족 화합물을 선택적으로 분리하기 위해 적절한 크기(~0.5 nm)의 분자체 (molecular sieve) 등의 구성요소가 필요하다. 메탄의 탈수소방향족화 반응은 크게 메탄의 탈수소화 반응을 통한 반응물의 활성화(activation)와 활성화된 성분의 올리고머화(oligomerization) 및 방향족화 반응(aromatization)으로 구성되어 있다.Among them, a method for synthesizing an aromatic compound using the dehydroaromatization reaction of methane has been studied a lot due to the economic advantage of lower unit cost of the raw material itself compared to the existing crude oil-based aromatic compound synthesis method. Since the dehydroaromatization reaction of methane converts methane under non-oxidative conditions, high temperature reaction conditions of 700 ° C or more and an appropriate catalyst are required. The catalyst is a metal active site capable of activating methane as a reactant ), a bronsted acid site capable of causing oligomerization and aromatization of the active species of activated methane, and an appropriate size to selectively separate synthesized aromatic compounds (~ 0.5 nm) molecular sieve and other components are required. The dehydroaromatization reaction of methane is largely composed of activation of reactants through dehydrogenation of methane, oligomerization of activated components, and aromatization.

이러한 반응에 사용되는 촉매로서, 현재까지 몰리브데늄(molybdenum, Mo)이 활성금속으로 담지된 HZSM-5 담지체 기반의 촉매가 메탄의 탈수소방향족화 반응에 많이 이용되어 왔으나, 만족할만한 수준의 방향족 화합물 수율을 보여주지 못한다는 점에서 한계가 존재한다.As a catalyst used for this reaction, a catalyst based on an HZSM-5 carrier supported with molybdenum (Mo) as an active metal has been widely used for the dehydroaromatization reaction of methane, but a satisfactory level of aromatic A limitation exists in that the yield of the compound cannot be shown.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 철(Fe)이 활성금속으로 담지된 촉매에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 등과 같은 귀금속을 추가 도입함으로써 탈수소화 반응을 촉진하며 탈수소방향족화 반응의 활성종인 탄화철의 형성을 촉진하고, 이를 통해 방향족 화합물의 생산 수율을 향상시킬 수 있는 이종금속 담지 촉매 및 이를 이용하여 방향족 화합물을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, in the present invention, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), rhodium (Rh), etc. By additionally introducing a noble metal, the dehydrogenation reaction is promoted and the formation of iron carbide, which is an active species of the dehydroaromatization reaction, is promoted, thereby improving the yield of aromatic compounds. We want to provide a way.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,The present invention, in order to solve the above problems,

제올라이트 담지체; 상기 제올라이트 담지체에 담지되고, 철(Fe)인 제1 금속; 및 상기 제올라이트 담지체에 담지되고, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제2 금속;을 포함하고, 메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조에 이용되는 것을 특징으로 하는 이종금속 담지 촉매를 제공한다.zeolite support; A first metal that is supported on the zeolite carrier and is iron (Fe); And at least one second metal supported on the zeolite support and selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt) and rhodium (Rh); including, dehydroaromatization of methane It provides a heterogeneous metal-supported catalyst characterized in that it is used for the production of aromatic compounds by reaction.

본 발명에 따르면, 상기 제1 금속은 상기 제올라이트 담지체 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 4 wt.%의 함량으로 담지될 수 있다.According to the present invention, the first metal may be supported in an amount of 0.5 to 4 wt.% based on the total weight of the zeolite support.

본 발명에 따르면, 상기 제2 금속은 상기 제올라이트 담지체 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 2 wt.%의 함량으로 담지될 수 있다.According to the present invention, the second metal may be supported in an amount of 0.5 to 2 wt.% based on the total weight of the zeolite support.

본 발명에 따르면, 상기 철(Fe)은 메탄의 탈수소방향족화 반응이 진행되면서 탄화 철(Fe3C)로 전환될 수 있다.According to the present invention, the iron (Fe) may be converted to iron carbide (Fe 3 C) as the dehydroaromatization reaction of methane proceeds.

본 발명에 따르면, 상기 제올라이트 담지체는 HZSM-5, ZSM-5, MCM-22, MCM-41으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.According to the present invention, the zeolite support may be selected from the group consisting of HZSM-5, ZSM-5, MCM-22, and MCM-41.

본 발명에 따르면, 상기 제올라이트 담지체의 Si/Al 비율은 15 내지 140일 수 있다.According to the present invention, the Si / Al ratio of the zeolite support may be 15 to 140.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,In addition, the present invention to solve the above problems,

상기 이종금속 담지 촉매하에서, 메탄을 반응물로 탈수소방향족화 반응을 수행하는 단계;를 포함하는 방향족 화합물의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing an aromatic compound including; performing a dehydroaromatization reaction using methane as a reactant under the supported heterogeneous metal catalyst.

본 발명에 따르면, 상기 반응은 이종금속 촉매가 충진된 컬럼을 포함하는 기체상 반응기에서 수행될 수 있다.According to the present invention, the reaction may be carried out in a gas phase reactor including a column packed with a heterometallic catalyst.

본 발명에 따르면, 반응물로 아르곤 가스를 더 포함할 수 있다.According to the present invention, argon gas may be further included as a reactant.

본 발명에 따르면, 상기 반응은 600 내지 800℃에서 수행될 수 있다.According to the present invention, the reaction may be carried out at 600 to 800 ℃.

본 발명에 따르면, 상기 방향족 화합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 나프탈렌 및 코크로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to the present invention, the aromatic compound may be at least one selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, naphthalene, and coke.

본 발명에 따른 이종금속 담지 촉매는 제올라이트 담지체에 철(Fe)이 담지된 촉매에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 등의 귀금속을 추가 도입함으로써 탈수소화 반응 및 탈수소방향족화 반응의 활성종인 탄화 철(Fe3C)의 형성을 촉진함으로써 방향족 화합물의 생산 수율을 크게 향상시킬 수 있다.The heterometal-supported catalyst according to the present invention is dehydrogenated by additionally introducing precious metals such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt) and rhodium (Rh) into the catalyst in which iron (Fe) is supported on a zeolite support. By accelerating the formation of iron carbide (Fe 3 C), which is an active species in the reaction and dehydroaromatization reaction, the production yield of aromatic compounds can be greatly improved.

도 1은 담지된 철의 함량에 따른, 메탄의 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 형성 속도를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 2Fe/HZSM-5(a), 2Fe-0.5Au/HZSM-5(b), 2Fe-0.5Ag/HZSM-5(c), 2Fe-0.5Pt/HZSM-5(d) 및 2Fe-0.5Rh/HZSM-5(e) 촉매의 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 3은 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 및 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 촉매를 이용하여 메탄의 탈수소방향족화 반응 수행시 초기 방향족 화합물의 형성 속도 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 및 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 촉매를 이용하여 메탄의 탈수소방향족화 반응 수행시 시간에 따른 방향족 화합물의 형성 속도 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 및 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 촉매를 이용하여 메탄의 탈수소방향족화 반응 수행시 시간에 따른 방향족 화합물의 형성 속도의 축적 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 2Fe/HZSM-5 및 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매를 이용하여 메탄의 탈수소방향족화 반응 수행시 방향족 화합물에 대한 선택도 및 코크에 대한 선택도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 2Fe/HZSM-5 및 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매의 메탄의 활성화 온도를 측정하기 위한 CH4-TPSR의 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 8은 2Fe/HZSM-5 및 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매와 상기 촉매를 이용하여 메탄의 탈수소방향족화 반응을 수행한 후의 촉매에 대하여 C 1s(도 8a), Fe 2p(도 8b) 및 Au 4f(도 8c) 오비탈에 대한 XPS 분석 그래프를 나타낸 것이다.
도 9는 담지된 금의 함량에 따른, 메탄의 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 형성 속도를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
1 shows the result of calculating the formation rate of aromatic compounds through the dehydroaromatization reaction of methane according to the amount of supported iron.
Figure 2 is 2Fe / HZSM-5 (a), 2Fe-0.5Au / HZSM-5 (b), 2Fe-0.5Ag / HZSM-5 (c), 2Fe-0.5Pt / HZSM-5 (d) and 2Fe- It is a graph showing the XRD pattern of the 0.5Rh/HZSM-5(e) catalyst.
3 shows the concentration of methane using 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 and 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 catalysts. It shows the result of the formation rate of the initial aromatic compound when performing the dehydroaromatization reaction.
Figure 4 shows the concentration of methane using 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 and 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 catalysts. It shows the results of the formation rate of aromatic compounds over time when the dehydroaromatization reaction is performed.
Figure 5 shows the concentration of methane using 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 and 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 catalysts. It shows the accumulation result of the formation rate of aromatic compounds over time when the dehydroaromatization reaction is performed.
6 shows the results of measuring selectivity to aromatic compounds and selectivity to coke when methane is dehydroaromatized using 2Fe/HZSM-5 and 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalysts.
7 is a graph showing the profile of CH 4 -TPSR for measuring the activation temperature of methane of 2Fe/HZSM-5 and 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalysts.
8 shows C 1s (FIG. 8a) and Fe 2p (FIG. 8b) for 2Fe/HZSM-5 and 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalysts and catalysts after dehydroaromatization of methane using the catalysts. And it shows the XPS analysis graph for the Au 4f (FIG. 8c) orbital.
9 shows the result of calculating the formation rate of aromatic compounds through the dehydroaromatization reaction of methane according to the supported gold content.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is one well known and commonly used in the art.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조용 이종금속 담지 촉매에 관한 것으로서, 본 발명에서는 제올라이트 담지체에 철(Fe)이 활성금속으로 담지된 촉매에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 등의 금속을 추가 도입함으로써 탈수소화 반응 촉진을 통해 탄화 철의 형성을 촉진하고, 이를 통해 방향족 화합물의 생산 수율을 향상시킬 수 있는 이종금속 담지 촉매를 제공하고자 한다.The present invention relates to a heterogeneous metal-supported catalyst for producing aromatic compounds by dehydroaromatization of methane. In the present invention, gold (Au) and silver (Ag) In order to provide a heterogeneous metal-supported catalyst capable of promoting the formation of iron carbide through the dehydrogenation reaction promotion by additionally introducing metals such as platinum (Pt) and rhodium (Rh), thereby improving the production yield of aromatic compounds do.

이를 위해, 본 발명은 제올라이트 담지체; 상기 제올라이트 담지체에 담지되고, 철(Fe)인 제1 금속; 및 상기 제올라이트 담지체에 담지되고, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제2 금속;을 포함하고, 메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조에 이용되는 것을 특징으로 하는 이종금속 담지 촉매를 제공한다.To this end, the present invention is a zeolite support; A first metal that is supported on the zeolite carrier and is iron (Fe); And at least one second metal supported on the zeolite support and selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt) and rhodium (Rh); including, dehydroaromatization of methane It provides a heterogeneous metal-supported catalyst characterized in that it is used for the production of aromatic compounds by reaction.

이때, 상기 제1 금속 및 제2 금속의 담지는 당업계에 알려진 통상의 방법에 의한 것이라면 모두 가능하며, 초기젖음법에 의해 담지되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.At this time, the first metal and the second metal may be supported by any conventional method known in the art, and may be more preferably supported by an initial wetting method.

또한, 하기 실시예의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제1 금속인 철은 상기 제올라이트 담지체 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 4 wt.%의 함량으로 담지되는 것이 바람직하며, 상기 함량 범위로 제1 금속이 담지될 경우 탈수소화 반응 향상을 통한 방향족 화합물의 형성 속도가 현저히 상승할 수 있다.In addition, as can be seen from the results of the following examples, iron, the first metal, is preferably supported in an amount of 0.5 to 4 wt.% based on the total weight of the zeolite support, and the content range of the first When a metal is supported, the rate of formation of an aromatic compound through the improvement of the dehydrogenation reaction may be remarkably increased.

또한, 하기 실시예의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제2 금속은 상기 제올라이트 담지체 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 2 wt.%의 함량으로 담지되는 것이 바람직하다. 상기 제2 금속의 함량이 상기 하한치 미만이거나, 상기 상한치를 초과하면, 메탄의 탈수소방향족화 반응시 탈수소화 반응 향상 효과가 미미하여 생성물(방향족 화합물)의 수율일 현저하게 낮아진다는 문제가 있다.In addition, as can be seen from the results of the following examples, the second metal is preferably supported in an amount of 0.5 to 2 wt.% based on the total weight of the zeolite carrier. If the content of the second metal is less than the lower limit or exceeds the upper limit, there is a problem in that the yield of the product (aromatic compound) is significantly lowered due to an insignificant effect of improving the dehydrogenation reaction during the dehydroaromatization of methane.

본 발명에서 사용되는 제올라이트는 촉매 담지체로서 통상적으로 사용되는 것으로, 예를 들어 HZSM-5, ZSM-5, MCM-22, MCM-41으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The zeolite used in the present invention is commonly used as a catalyst support, and may be selected from the group consisting of, for example, HZSM-5, ZSM-5, MCM-22, and MCM-41.

또한, 상기 제올라이트 담지체의 Si/Al 비율은 15 내지 140인 것이 바람직하다.In addition, the Si / Al ratio of the zeolite support is preferably 15 to 140.

또한, 본 발명은 전술한 상기 이종금속 담지 촉매하에서, 메탄을 반응물로 탈수소방향족화 반응을 수행하는 단계;를 포함하는 방향족 화합물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preparing an aromatic compound comprising the step of carrying out a dehydroaromatization reaction using methane as a reactant in the presence of the above-mentioned heterogeneous metal-supported catalyst.

상기 탈수소방향족화 반응은 상기 이종금속 담지 촉매가 충진된 컬럼을 포함하는 기체상 반응기, 예를 들어 고정층 기상 반응기에서 수행되는 것이 바람직하다.The dehydroaromatization reaction is preferably carried out in a gas phase reactor including a column packed with the heterometal supported catalyst, for example, a fixed bed gas phase reactor.

상기 탈수소방향족화 반응시 반응물에서는 메탄 외에 아르곤 가스가 더 포함될 수 있다.During the dehydroaromatization reaction, reactants may further include argon gas in addition to methane.

상기 탈수소방향족화 반응은 600 내지 800℃에서 수행되는 것이 바람직하다.The dehydroaromatization reaction is preferably carried out at 600 to 800 °C.

상기 탈수소방향족화 반응에 따른 생성물인 방향족 화합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 나프탈렌 및 코크로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The aromatic compound, which is a product of the dehydroaromatization reaction, may be at least one selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, naphthalene, and coke.

또한, 하기 실시예와 같이 본 발명에 따른 이종금속 담지 촉매 하에서 메탄을 반응물로 사용하여 수행되는 탈수소방향족화 반응은 메탄과 아르곤의 부피비가 2:1이고, 4,500 ml/h·gcat의 GHSV, 750℃의 반응온도, 1 시간의 반응 조건하에서 수행되는 것이 가장 바람직하다.In addition, as in the following examples, the dehydroaromatization reaction performed using methane as a reactant under the heterogeneous metal-supported catalyst according to the present invention has a volume ratio of methane and argon of 2: 1, a GHSV of 4,500 ml / h g cat , Most preferably, the reaction temperature is 750° C. and the reaction time is 1 hour.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

제조예manufacturing example 1. 다양한 함량의 철이 1. Various contents of iron 담지된supported 제올라이트 촉매의 제조 Preparation of zeolite catalyst

먼저, 암모늄 양이온을 가진 NH4-ZSM-5 (CBV 3024E, Zeolyst)를 5℃/min으로 승온하여 500℃에서 5시간 소성시킴으로써 촉매의 담지체로 사용되는, 프로톤 양이온을 가진 HZSM-5 제올라이트 담지체를 제조하였다. First, NH 4 -ZSM-5 (CBV 3024E, Zeolyst) with ammonium cations is heated at 5 ° C / min and calcined at 500 ° C for 5 hours HZSM-5 zeolite carrier with proton cations used as a catalyst carrier was manufactured.

다음으로, 각각 0.036, 0.072, 0.145, 0.29, 0.435, 0.725 g의 아이언 나이트레이트 하이드레이트 (Fe(NO3)·9H2O, Sigma-Aldrich)를 증류수에 용해시킨 후, HZSM-5 담지체 1.0 g에 초기젖음법으로 담지하고 110℃에서 12 시간 동안 건조시켰다. 건조 후, 일반 공기 조건하에서 5℃/min으로 승온하고 500 ℃에서 5시간 동안 소성시켜서 담지체 중량 대비 각각 0.5, 1, 2, 4, 6 및 10 wt.%의 철이 담지된 제올라이트 촉매(각각 0.5Fe/HZSM-5, 1Fe/HZSM-5, 2Fe/HZSM-5, 4Fe/HZSM-5, 6Fe/HZSM-5 및 10Fe/HZSM-5로 표시)를 제조하였다.Next, after dissolving 0.036, 0.072, 0.145, 0.29, 0.435, and 0.725 g of iron nitrate hydrate (Fe(NO 3 ) 9H 2 O , Sigma-Aldrich) in distilled water, 1.0 g of HZSM-5 carrier was supported by the initial wetting method and dried at 110° C. for 12 hours. After drying, the temperature was raised at 5 ° C / min under normal air conditions and calcined at 500 ° C for 5 hours to obtain 0.5, 1, 2, 4, 6, and 10 wt.% iron-supported zeolite catalysts (each 0.5 Fe/HZSM-5, 1Fe/HZSM-5, 2Fe/HZSM-5, 4Fe/HZSM-5, 6Fe/HZSM-5 and 10Fe/HZSM-5) were prepared.

제조예manufacturing example 2. 철이 2. iron 담지된supported 제올라이트 촉매에 금, 은, 백금 또는 로듐이 Gold, silver, platinum or rhodium in zeolite catalyst 담지된supported 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

제조예manufacturing example 2-1. 철이 2-1. iron 담지된supported 제올라이트 촉매에 은, 백금 또는 로듐이 Silver, platinum or rhodium in zeolite catalyst 담지된supported 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기 제조예 1에 따라 제조된, 2 wt.%의 철이 담지된 제올라이트 촉매를 110℃에서 12 시간 동안 건조하였다. 다음으로, 각각 0.0079g의 실버 나이트레이트 (Ag(NO3), Sigma-Aldrich), 0.0086g의 플래티넘 클로라이드 (PtCl4, Sigma-Aldrich) 및 0.0080g의 로듐 나이트레이트 Rh(NO3)3·xH2O (Sigma-Aldrich, ~36%)를 증류수에 용해시킨 후, 상기 철이 담지된 HZSM-5 담체 1.0g에 초기젖음법을 이용하여 담지시켰다. 이후, 110℃에서 12 시간 동안 건조 후, 일반 공기 조건하에서 5℃/min으로 승온하고 500℃에서 5시간 동안 소성시켜서 담지체 중량 대비 2 wt.%의 철 및, 0.5 wt.%의 은, 백금, 또는 로듐이 담지된 제올라이트 촉매(각각 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, 2Fe-0.5Rh/HZSM-5로 표시)를 제조하였다.The zeolite catalyst supported with 2 wt.% iron, prepared according to Preparation Example 1, was dried at 110° C. for 12 hours. Next, 0.0079 g of silver nitrate (Ag(NO 3 ), Sigma-Aldrich), 0.0086 g of platinum chloride (PtCl 4 , Sigma-Aldrich) and 0.0080 g of rhodium nitrate Rh(NO 3 ) 3 xH After dissolving 2 O (Sigma-Aldrich, ~36%) in distilled water, it was supported on 1.0 g of the iron-loaded HZSM-5 carrier using the initial wetting method. Then, after drying at 110 ° C for 12 hours, the temperature was raised at 5 ° C / min under general air conditions and fired at 500 ° C for 5 hours to obtain 2 wt.% of iron and 0.5 wt.% of silver and platinum based on the weight of the support. , or rhodium-supported zeolite catalysts (represented as 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, and 2Fe-0.5Rh/HZSM-5, respectively) were prepared.

제조예manufacturing example 2-2. 철이 2-2. iron 담지된supported 제올라이트 촉매에 다양한 함량의 금이 The zeolite catalyst contains various amounts of gold. 담지된supported 촉매의 제조 Preparation of Catalyst

상기 제조예 1에 따라 제조된, 2 wt.%의 철이 담지된 제올라이트 촉매에 110℃에서 12 시간 동안 건조하였다. 다음으로, 각각 0.002g, 0.001g, 0.02g, 0.03g, 0.04g, 0.06g의 골드 클로라이드 트라이하이드래이트 (Au(III)Cl trihydrate), Sigma-Aldrich)를 중류수에 용해시킨 후, 상기 철이 담지된 HZSM-5 담체 1.0g에 초기젖음법을 이용하여 담지시켰다. 이후, 110℃에서 12 시간 동안 건조 후, 일반 공기 조건하에서 5℃/min으로 승온하고 500℃에서 5시간 동안 소성시켜서 담지체 중량 대비 2 wt.%의 철 및, 각각 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2 및 3 wt.%의 금이 담지된 제올라이트 촉매(2Fe-0.1Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-1Au/HZSM-5, 2Fe-1.5Au/HZSM-5, 2Fe-2Au/HZSM-5, 2Fe-3Au/HZSM-5)를 제조하였다.The zeolite catalyst prepared according to Preparation Example 1 and loaded with 2 wt.% iron was dried at 110° C. for 12 hours. Next, after dissolving 0.002 g, 0.001 g, 0.02 g, 0.03 g, 0.04 g, and 0.06 g of gold chloride trihydrate (Au(III)Cl trihydrate, Sigma-Aldrich) in distilled water, the above 1.0 g of iron-loaded HZSM-5 carrier was loaded using the initial wetting method. Then, after drying at 110 ° C for 12 hours, the temperature was raised at 5 ° C / min under general air conditions and calcined at 500 ° C for 5 hours to obtain 2 wt.% of iron and, respectively, 0.1, 0.5, 1, 1.5 , 2 and 3 wt.% gold supported zeolite catalysts (2Fe-0.1Au / HZSM-5, 2Fe-0.5Au / HZSM-5, 2Fe-1Au / HZSM-5, 2Fe-1.5Au / HZSM-5, 2Fe-2Au/HZSM-5, 2Fe-3Au/HZSM-5) were prepared.

실험예Experimental example 1. One. 담지된supported 철의 함량에 따른, 메탄의 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 생산 Production of aromatic compounds through dehydroaromatization of methane according to iron content

상기 제조예 1에 따른 촉매들을 이용하여 각각 메탄의 탈수소방향족화 반응을 수행하여 방향족 화합물을 생산하였다. 구체적으로 상기 제조예 1에 따라 제조된 촉매 0.2 g을 6.35 mm 외경을 가진 고정층 기상 반응기에 각각 충진한 후, 초고순도 아르곤 가스 (99.999%)의 분위기하에서 반응온도인 750℃로 승온시켰다. 반응온도에 도달하면 아르곤 가스를 메탄:아르곤의 부피비가 2:1인 반응가스로 변경한 후 반응 가스를 15 ml/min로 흐르게 하여 반응을 1시간 동안 진행하였다. 고정층 반응기의 촉매층을 통과한 반응물 및 생성물을 230℃로 유지된 상태로 가스 크로마토그래피에 직결(on-line)로 연결되어 주입되었다. 가스 크로마토그래피를 통해 분석된 가스의 조성을 이용하여 생성물인 방향족 화합물의 형성 속도(formation rate of aromatics)를 계산하였으며, 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.An aromatic compound was produced by carrying out a dehydroaromatization reaction of methane using the catalysts according to Preparation Example 1, respectively. Specifically, 0.2 g of the catalyst prepared according to Preparation Example 1 was filled in a fixed-bed gas phase reactor having an outer diameter of 6.35 mm, and then heated to a reaction temperature of 750 ° C. in an atmosphere of ultra-high purity argon gas (99.999%). When the reaction temperature was reached, the argon gas was changed to a reaction gas having a methane:argon volume ratio of 2:1, and then the reaction gas was flowed at 15 ml/min to proceed for 1 hour. The reactants and products that passed through the catalyst layer of the fixed bed reactor were injected while being maintained at 230° C. by being directly connected to the gas chromatography. The formation rate of aromatics, which is a product, was calculated using the composition of the gas analyzed through gas chromatography, and the results are shown in FIG. 1 below.

측정 결과, 담지된 철의 함량이 0.5 내지 4 wt.%인 경우, 담지된 철의 함량이 6, 10 wt.%인 경우에 비해 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 형성 속도가 현저하게 높은 것으로 나타났고, 특히 담지된 철의 함량이 2 wt.%인 경우, 방향족 화합물의 형성 속도가 가장 우수함을 확인하였다.As a result of the measurement, when the supported iron content was 0.5 to 4 wt.%, the formation rate of aromatic compounds through the dehydroaromatization reaction was significantly higher than when the supported iron content was 6 or 10 wt.%. In particular, it was confirmed that the formation rate of the aromatic compound was the best when the supported iron content was 2 wt.%.

실험예Experimental example 2. 2. XRDXRD 패턴 분석 pattern analysis

도 2는 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5 및 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 촉매의 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.2 shows XRD patterns of 2Fe/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, and 2Fe-0.5Rh/HZSM-5 catalysts. it's a graph

이를 통해, 상기 촉매들 모두 결정성을 가지는 ZSM-5의 패턴이 두드러지게 나타남을 확인하였으며, 또한, 활성금속으로 담지된 철의 경우 지지체 상에 고르게 잘 분산되어 있기 때문에 이에 대한 뚜렷한 peak가 관측되지 않으며, 금, 은, 백금 및 로듐이 첨가된 촉매의 경우 소량의 담지량으로 인해 뚜렷한 peak가 관측되지 않음을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the pattern of ZSM-5 having crystallinity appeared prominently in all of the catalysts, and in the case of iron supported as an active metal, since it was well and evenly dispersed on the support, no distinct peak was observed. In the case of catalysts containing gold, silver, platinum, and rhodium, it was confirmed that no clear peak was observed due to a small amount of loading.

실험예Experimental example 3. 철이 3. iron 담지된supported 제올라이트 촉매에 금(Au), 은( Gold (Au) and silver ( AgAg ), 백금(Pt) 또는 로듐(Rh)이 ), platinum (Pt) or rhodium (Rh) 담지된supported 촉매를 이용한 메탄의 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 생산 Production of aromatic compounds through dehydroaromatization of methane using a catalyst

2 wt.%의 철이 담지된 제올라이트 촉매에 귀금속이 담지되지 않거나, 금, 은, 백금 또는 로듐이 0.5 wt.%로 담지된 촉매(2Fe-/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, 2Fe-0.5Rh/HZSM-5)를 이용하여 각각 메탄의 탈수소방향족화 반응을 수행하여 방향족 화합물을 생산하였다. 구체적으로 상기 각각의 촉매 0.2 g을 6.35 mm 외경을 가진 고정층 기상 반응기에 각각 충진한 후, 초곤순도 아르곤 가스 (99.999%)의 분위기 하에서 반응온도인 750℃로 승온시켰다. 반응온도에 도달하면 아르곤 가스를 메탄:아르곤의 부피비가 2:1인 반응가스로 변경한 후 반응 가스를 15 ml/min로 흐르게 하여 반응을 1시간 동안 진행하였다. 고정층 반응기의 촉매층을 통과한 반응물 및 생성물을 230℃로 유지된 상태로 가스 크로마토그래피에 직결(on-line)로 연결되어 주입되었다. 가스 크로마토그래피를 통해 분석된 가스의 조성을 이용하여 생성물인 방향족 화합물의 형성 속도(formation rate of aromatics) 및 선택도를 계산하였으며, 그 결과를 하기 도 3 내지 도 6 에 나타내었다.A zeolite catalyst supported with 2 wt.% of iron is not loaded with noble metal, or a catalyst supported with 0.5 wt.% of gold, silver, platinum or rhodium (2Fe-/HZSM-5, 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, 2Fe-0.5Rh/HZSM-5) were subjected to dehydroaromatization of methane, respectively, to produce aromatic compounds. Specifically, 0.2 g of each of the above catalysts was filled in a fixed-bed gas phase reactor having an outer diameter of 6.35 mm, and then heated to a reaction temperature of 750° C. under an atmosphere of ultra-pure argon gas (99.999%). When the reaction temperature was reached, the argon gas was changed to a reaction gas having a methane:argon volume ratio of 2:1, and then the reaction gas was flowed at 15 ml/min to proceed for 1 hour. The reactants and products that passed through the catalyst layer of the fixed bed reactor were injected while being maintained at 230° C. by being directly connected to the gas chromatography. The formation rate of aromatics and selectivity of aromatic compounds were calculated using the composition of the gas analyzed through gas chromatography, and the results are shown in FIGS. 3 to 6 below.

측정 결과, 귀금속이 담지되지 않은 촉매(2Fe-/HZSM-5)의 경우 반응 초기 탄화과정으로 인하여 방향족 화합물이 형성되지 않은 반면, 금, 은, 백금 또는 로듐이 0.5 wt.%로 담지된 촉매(2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, 2Fe-0.5Rh/HZSM-5)의 경우 각각 약 1080.3 nmol/gcat ·s, 약 875.3 nmol/gcat·s, 약 802.8 nmol/gcat ·s, 약 825.6 nmol/gcat ·s의 방향족화합물 형성 속도를 나타내었는바, 금, 은, 백금 또는 로듐이 추가로 담지될 경우 방향족 화합물 형성 속도가 현저하게 향상됨을 확인하였으며, 특히 금이 추가로 담지될 경우 방향족 화합물의 형성 속도가 가장 우수함을 확인하였다. 또한 귀금속이 담지되지 않은 촉매(2Fe-/HZSM-5)와 금이 추가로 담지된 촉매(2Fe-0.5Au/HZSM-5)의 방향족 화합물에 대한 선택도를 비교한 결과, 금이 추가로 담지될 경우 방향족 화합물에 대한 선택도가 6.65%에서 23.5%로 증가함을 확인하였으며, 코크에 대한 선택도도 89.47%에서 67.56%로 감소하는 것을 확인하였다. 결론적으로, 본 발명에 따라 철이 담지된 제올라이트 촉매에 금, 은, 백금 또는 로듐이 추가로 담지될 경우 방향족 화합물의 형성 속도 및 선택도가 현저하게 증가하며, 코크에 대한 선택도가 감소한다는 것을 확인하였다.As a result of the measurement, in the case of the catalyst (2Fe-/HZSM-5) without noble metal, no aromatic compound was formed due to the initial carbonization process, whereas the catalyst supported with 0.5 wt.% of gold, silver, platinum or rhodium ( 2Fe-0.5Au/HZSM-5, 2Fe-0.5Ag/HZSM-5, 2Fe-0.5Pt/HZSM-5, 2Fe-0.5Rh/HZSM-5), respectively about 1080.3 nmol / g cat s, about 875.3 Aromatic compound formation rates of nmol/g cat s , about 802.8 nmol / g cat s, and about 825.6 nmol/g cat s were shown. When gold, silver, platinum or rhodium is additionally supported, aromatic compounds are formed It was confirmed that the rate was significantly improved, and in particular, when gold was additionally supported, it was confirmed that the formation rate of the aromatic compound was the best. In addition, as a result of comparing the selectivity for aromatic compounds of the catalyst (2Fe-/HZSM-5) without noble metal and the catalyst (2Fe-0.5Au/HZSM-5) additionally supported with gold, It was confirmed that the selectivity for aromatic compounds increased from 6.65% to 23.5%, and the selectivity for coke also decreased from 89.47% to 67.56%. In conclusion, when gold, silver, platinum or rhodium is additionally supported on the iron-supported zeolite catalyst according to the present invention, the formation rate and selectivity of aromatic compounds are significantly increased, and the selectivity to coke is reduced. did

실험예Experimental example 4. CH 4.CH 44 -- TPSRTPSR (Temperature-Programmed Surface Reaction) (Temperature-Programmed Surface Reaction)

도 7은 2Fe/HZSM-5 및 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매의 메탄의 활성화 온도를 측정하기 위한 CH4-TPSR의 프로파일을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the profile of CH 4 -TPSR for measuring the activation temperature of methane of 2Fe/HZSM-5 and 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalysts.

이를 통해, 철만 담지된 2Fe/HZSM-5 촉매는 약 752℃ 부근에서 메탄의 활성화가 시작되는 반면, 철과 금이 함께 담지된 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매의 경우 메탄의 활성화 온도가 약 742℃ 부근으로서 메탄의 활성화 온도가 감소함을 확인하였으며, 이를 통해 금의 첨가로 인해 메탄의 탈수소화 반응이 촉진된다는 것을 확인하였다.Through this, the 2Fe/HZSM-5 catalyst supported only with iron starts to activate methane at around 752°C, whereas the 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalyst supported with iron and gold has a methane activation temperature of about 752 °C. It was confirmed that the activation temperature of methane decreased around 742 ° C., and through this, it was confirmed that the dehydrogenation reaction of methane was promoted due to the addition of gold.

실험예Experimental example 5. 5. XPSXPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) (X-ray Photoelectron Spectroscopy)

도 8은 2Fe/HZSM-5 및 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매와 상기 촉매를 이용하여 메탄의 탈수소방향족화 반응을 수행한 후의 촉매에 대하여 C 1s(도 8a), Fe 2p(도 8b) 및 Au 4f(도 8c) 오비탈에 대한 XPS 분석 그래프를 나타낸 것이다.8 shows C 1s (FIG. 8a) and Fe 2p (FIG. 8b) for 2Fe/HZSM-5 and 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalysts and catalysts after dehydroaromatization of methane using the catalysts. And it shows the XPS analysis graph for the Au 4f (FIG. 8c) orbital.

이를 통해, 2Fe-0.5Au/HZSM-5 촉매는 기존의 2Fe/HZSM-5 촉매와 비교하여 반응 후 탄화 철(Fe3C)로의 환원되는 정도가 더 높은 것을 확인하였으며, 2Fe/HZSM-5 촉매에 금(Au)을 추가로 담지할 경우, Fe와 Au의 interaction으로 인해 Fe의 전자가 부족해지게 되며 이러한 상태의 Fe는 반응에서 탄화 철(Fe3C)로의 환원을 촉진하는 역할을 하여 촉매의 탈수소화 능력이 향상된다는 점을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the 2Fe-0.5Au/HZSM-5 catalyst had a higher degree of reduction to iron carbide (Fe 3 C) after the reaction compared to the conventional 2Fe/HZSM-5 catalyst, and the 2Fe/HZSM-5 catalyst When gold (Au) is additionally supported on , the interaction between Fe and Au results in a lack of Fe electrons, and Fe in this state promotes the reduction to iron carbide (Fe 3 C) in the reaction, thereby increasing the catalyst It was confirmed that the dehydrogenation ability was improved.

즉, 본 발명에 따라 2Fe/HZSM-5 촉매에 금(Au)을 도입함으로써 메탄의 탈수소방향족화 반응 시 철(Fe)과 금(Au)의 interaction으로 인해 전자가 부족한 Fe 상태가 되며 이러한 상태의 Fe는 탄화 철(Fe3C)로의 환원을 촉진함으로써 방향족 화합물의 생산 수율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.That is, by introducing gold (Au) into the 2Fe/HZSM-5 catalyst according to the present invention, during the dehydroaromatization reaction of methane, the interaction between iron (Fe) and gold (Au) results in an electron-deficient Fe state, and this state It was confirmed that Fe can greatly improve the production yield of aromatic compounds by promoting reduction to iron carbide (Fe 3 C).

실험예Experimental example 6. 6. 담지된supported 금의 함량에 따른, 메탄의 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 생산 Production of aromatic compounds through dehydroaromatization of methane, depending on the gold content

상기 제조예 2-2에 따른 촉매들을 이용하여 각각 메탄의 탈수소방향족화 반응을 수행하여 방향족 화합물을 생산하였다. 구체적으로 상기 각각의 촉매 0.2 g을 6.35 mm 외경을 가진 고정층 기상 반응기에 각각 충진한 후, 초곤순도 아르곤 가스 (99.999%)의 분위기 하에서 반응온도인 750℃로 승온시켰다. 반응온도에 도달하면 아르곤 가스를 메탄:아르곤의 부피비가 2:1인 반응가스로 변경한 후 반응 가스를 15 ml/min로 흐르게 하여 반응을 1시간 동안 진행하였다. 고정층 반응기의 촉매층을 통과한 반응물 및 생성물을 230℃로 유지된 상태로 가스 크로마토그래피에 직결(on-line)로 연결되어 주입되었다. 가스 크로마토그래피를 통해 분석된 가스의 조성을 이용하여 생성물인 방향족 화합물의 형성 속도(formation rate of aromatics)를 계산하였으며, 그 결과를 하기 도 9에 나타내었다.An aromatic compound was produced by carrying out a dehydroaromatization reaction of methane using the catalysts according to Preparation Example 2-2, respectively. Specifically, 0.2 g of each of the above catalysts was filled in a fixed-bed gas phase reactor having an outer diameter of 6.35 mm, and then heated to a reaction temperature of 750° C. under an atmosphere of ultra-pure argon gas (99.999%). When the reaction temperature was reached, the argon gas was changed to a reaction gas having a methane:argon volume ratio of 2:1, and then the reaction gas was flowed at 15 ml/min to proceed for 1 hour. The reactants and products that passed through the catalyst layer of the fixed bed reactor were injected while being maintained at 230° C. by being directly connected to the gas chromatography. The formation rate of aromatics, which is a product, was calculated using the composition of the gas analyzed through gas chromatography, and the results are shown in FIG. 9 below.

측정 결과, 담지된 금의 함량이 0.5 내지 2 wt.%인 경우, 담지된 금의 함량이 0.1, 3 wt.%인 경우에 비해 탈수소방향족화 반응을 통한 방향족 화합물의 형성 속도가 현저하게 높은 것으로 나타났고, 특히 담지된 금의 함량이 1.5 wt.%인 경우, 방향족 화합물의 형성 속도가 가장 우수함을 확인하였다.As a result of the measurement, when the supported gold content was 0.5 to 2 wt.%, the formation rate of aromatic compounds through the dehydroaromatization reaction was significantly higher than when the supported gold content was 0.1 or 3 wt.%. In particular, when the supported gold content was 1.5 wt.%, it was confirmed that the formation rate of the aromatic compound was the best.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시형태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific parts of the present invention in detail above, it is clear that these specific descriptions are only preferred embodiments for those skilled in the art, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (11)

제올라이트 담지체;
상기 제올라이트 담지체에 담지되고, 철(Fe)인 제1 금속; 및
상기 제올라이트 담지체에 담지되고, 금(Au)인 제2 금속;을 포함하고,
상기 제올라이트 담지체는 HZSM-5이며,
상기 제1 금속은 상기 제올라이트 담지체 전체 중량을 기준으로 1 내지 2 wt.%의 함량으로 담지되고,
상기 제2 금속은 상기 제올라이트 담지체 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 2 wt.%의 함량으로 담지되며,
메탄의 탈수소방향족화 반응에 의한 방향족 화합물 제조에 이용되는 것을 특징으로 하는 이종금속 담지 촉매.
zeolite support;
A first metal that is supported on the zeolite carrier and is iron (Fe); and
It is supported on the zeolite carrier and includes a second metal that is gold (Au),
The zeolite support is HZSM-5,
The first metal is supported in an amount of 1 to 2 wt.% based on the total weight of the zeolite support,
The second metal is supported in an amount of 0.5 to 2 wt.% based on the total weight of the zeolite support,
A heterometal-supported catalyst characterized in that it is used for the production of aromatic compounds by dehydroaromatization of methane.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 철(Fe)은 메탄의 탈수소방향족화 반응이 진행되면서 탄화 철(Fe3C)로 전환되는 것을 특징으로 하는 이종금속 담지 촉매.
According to claim 1,
The iron (Fe) is a heterogeneous metal-supported catalyst, characterized in that converted to iron carbide (Fe 3 C) as the dehydroaromatization reaction of methane proceeds.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제올라이트 담지체의 Si/Al 비율은 15 내지 140인 것을 특징으로 하는 이종금속 담지 촉매.
According to claim 1,
A heterometal supported catalyst, characterized in that the Si / Al ratio of the zeolite support is 15 to 140.
제1항에 따른 이종금속 담지 촉매하에서, 메탄을 반응물로 탈수소방향족화 반응을 수행하는 단계;를 포함하는 방향족 화합물의 제조방법.A method for producing an aromatic compound comprising the step of carrying out a dehydroaromatization reaction using methane as a reactant under the heterogeneous metal-supported catalyst according to claim 1. 제7항에 있어서,
상기 반응은 이종금속 촉매가 충진된 컬럼을 포함하는 기체상 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방향족 화합물의 제조방법.
According to claim 7,
The reaction is a method for producing an aromatic compound, characterized in that carried out in a gas phase reactor comprising a column packed with a heterogeneous metal catalyst.
제7항에 있어서,
반응물로 아르곤 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향족 화합물의 제조방법.
According to claim 7,
A method for producing an aromatic compound, further comprising argon gas as a reactant.
제7항에 있어서,
상기 반응은 600 내지 800℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방향족 화합물의 제조방법.
According to claim 7,
The reaction is a method for producing an aromatic compound, characterized in that carried out at 600 to 800 ℃.
제7항에 있어서,
상기 방향족 화합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 나프탈렌 및 코크로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방향족 화합물의 제조방법.
According to claim 7,
The aromatic compound is a method for producing an aromatic compound, characterized in that at least one selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, naphthalene and coke.
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