KR19990042914A - 대기공 촉매의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탈수소반응용 촉매의 제조방법에 관한 것으로, 알루미늄금속을 질산에 반응시켜 알루미나하이드로졸을 제조한 후, 이를 오일-드로핑하여 구형의 알루미나하이드로겔을 제조한 다음, 이를 숙성, 건조 및 소성하여 지지체로 사용하고, 지지체에 활성성분을 함침시켜 얻는 통상의 탈수소반응용 촉매의 제조방법에 있어서, 알루미늄금속의 알루미늄과 질산의 질소간의 몰비가 6:1∼7:1 인 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의한 촉매는 지름이 1㎛이상인 대기공의 세공구조를 가지고 이에 따라 반응물인 노말파라핀과 생성물인 노말올레핀의 입자 내에서의 흐름이 원활하게 되어 반응안정성이 향상된다.
Description
본 발명은 오일-드로핑 방법에 의하여 알루미나 입자를 구형으로 성형 제조하는 방법에 있어서, 입자 내에 일정 크기 이상의 지름을 가지는 대기공을 가지도록 제조하고, 이를 이용하여 높은 활성과 선택도 및 반응안정성을 갖는 탈수소반응용 촉매를 제조하는 방법에 관한 것이다.
알루미나는 그 자체로서 촉매역할을 수행하거나, 또는 촉매의 지지체로서 사용될 수 있으며, 이때 알루미나의 물리적 특성은 이를 이용하여 제조된 촉매의 물리적안정성 즉, 운반 및 공정수행 중에 필요한 기계적 강도 및 내마모성 뿐만 아니라 촉매의 반응성 즉, 활성도, 선택도, 반응안정성 등에도 큰 영향을 미친다.
또한 알루미나 입자내에 대기공이 있는 구조물 가질 경우, 반응물 및 생성물의 흐름을 원활하게 해주어서 결과적으로 반응성을 향상시키는 우수한 효과를 가질 수 있게 된다. 이러한 촉매를 이용하여 탈수소화된 탄화수소는 정밀화학 제품의 기초원료 및 고성능 휘발유의 제조를 위한 첨가제의 원료 등으로 그 수요가 계속 증가하고 있는 경제성이 높은 화합물이다.
노말파라핀을 탈수소하여 노말올레핀으로 전환하는 방법은 이미 공지되어 있는 것으로서, 그 방법은 수소와 노말파라핀을 탈수소촉매와 접속시키고 대기압 혹은 그 이상의 압력에서 고온으로 반응시키는 것이다. 이 반응에 이용되는 탈수소촉매는 백금 또는 기타 Ⅷ B족 귀금속원소에 속하는 금속을 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나 등에 함침 시킨 것이다.
그러나, 상기와 같은 반응에서는 탈수소화반응 이외에 열분해반응, 이성질화반응, 고리화반응 등의 부반응과 목적생성물인 모노올레핀이 더욱 더 탈수소화반응되어 디올레핀이 생성되는 등으로 인하여, 촉매의 이용 효율을 감소시키고 촉매의 비활성화를 가속화시킴으로서 결과적으로 촉매 수명의 단축을 야기할 수 있다. 동시에, 상업적 규모의 공정에 적용할 경우 원료의 낭비 및 후단 분리공정에 대한 과도한 무리를 일으킬 수 있다.
따라서, 노말파라핀의 노말올레핀으로의 선택도를 향상시키고 촉매의 비활성화를 감소시킴으로서, 탈수소반응용 촉매의 반응안정성과 사용 수명을 연장시키기 위하여, 백금 또는 기타 Ⅷ B족 귀금속 원소에 한가지 이상의 다른 금속 성분을 결합시킨 촉매 조성물의 첨가 및 대체가 제안되어 왔다.
영국특허 제 1,497,297호에는 갈륨, 인륨, 탈륨 중에서 최소한 한가지 이상의 원소를 선택하여 백금 및 알칼리금속과 함께 알루미나에 함침시킨 촉매를 제안하였으며, 미국특허 제 4,551,574호 에서는 백금, 주석, 인듐과 알카리 또는 알카리토금속을 알루미나에 함침 시킨 촉매 조성물에 대해 기술하고 있다. 또한, 미국특허 제 4,762,960호에서는 백금, 주석, 게르마늄, 레늄, 및 알카리 또는 알카리토금속을 옥사이드 지지체에 함침시킨 탈수소촉매 제조방법에 관해 기술하고 있으며, 미국 특허 제 4,800,674호에는 백금, 팔라륨, 이리듐, 오스듐 및 Ⅳ A족 원소를 공침시킨 탈수소 촉매 조성물에 대해서 제안하고 있다.
그러나, 상기와 같이 단순히 조성물의 추가 및 대체에 의해 제조된 촉매들은 노말파라핀의 탈수소화반응에 대한 반응활성 및 유용한 반응생성물의 선택도의 증진에는 효과를 나타내었으나, 촉매의 비활성화가 빠르게 진행되어 반응안정성의 측면에서는 만족스럽지 못한 것이었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반응안정성이 향상된 탈수소촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기한 종래의 촉매조성물의 변화에 의한 방법 대신에 촉매의 반응안정성을 증진시키기 위하여 여러 가지 연구를 수행한 결과, 촉매지지체 제조를 위한 알루미나 하이드로졸 제조에 있어서, 알루미늄 금속의 알루미늄과 질산의 질소간의 몰비를 6:1∼7:1 로 하게 되면 알루미나 지지체의 기공지름이 1㎛ 이상인 대기공의 세공구조물 가지게 되며, 따라서 반응안정성이 향상됨을 밝혀 내게 되었다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
구형알루미나 입자의 제조는 공지의 미합중국 특허 제 2,620,314호의 오일-드로핑 방법에 의해 다음과 같이 구성된다. 알루미늄금속을 산용액에 용해시켜 제조된 알루미나하이드로졸과 최종적으로는 제조과정에서 암모니아로 가수분해될 약염기를 혼합한 후, 현탁매개체인 적절한 불수용성 액체에 드로핑하여 구형의 알루미나하이드로겔을 형성한다. 이 구형의 겔을 숙성한 후, 세척, 건조, 소성과정을 거쳐서 최종적으로 구형알루미나 입자를 제조한다.
본 발명에서는 대기공의 기공구조를 가지는 구형알루미나 입자를 제조하기 위하여 알루미늄금속을 산용액에 용해시켜 알루미나하이드로졸을 제조함에 있어서 알루미늄과 산과의 혼합비율을 조절하는 방법을 채택하였다. 즉, 순도99중량% 알루미늄금속을 농도 35중량% 질산, 순수의 혼합액에 용해시켜 알루미나하이드로졸을 제조하는 데 있어서, 알루미늄금속의 알루미늄과 질산의 질소간의 몰비가 6:1∼7:1로 구성된다.
상기와 같이 알루미늄과 질소간의 몰비를 6:1∼7:1로 조절된 알루미나하이드로졸을 이용하여 최종 완성된 구형알루미나 입자 내에는 기공지름이 1㎛이상인 대기공의 세공구조가 구축될 수 있다. 반면에 몰비가 7:1을 초과하게 되면 알루미늄의 양이 상대적으로 과도하여 완전한 용해가 불가능함으로써 이후 공정의 진행이 불가능하고, 6:1미만의 경우에는 최종 구형알루미나 입자내에 대기공의 세공구조가 생성되지 않는다.
아래의 실시예 및 비교예에서 본 발명의 대기공의 구형알루미나 입자를 제조하는 과정을 나타내었으며, 이를 촉매지지체로 사용하여 제조된 촉매는 노말파라핀의 탈수소화 반응에서 높은 반응안전성을 나타내었다.
여기에 사용된 대기공 지름의 유무판정은 전자현미경(SEM)을 사용하여 1,000배 확대된 사진의 판독에 의하여 결정하였으며, 비중 및 동점도 측정은 각각 한국공업규격 2002(KS M 2002), 한국공업규격 2015(KS M 2014)에 의거하여 측정하였다.
<실시예 1>
순도 99.7중량% 그래뉼형태 알루미늄금속 10g을 순수 45.3ml가 담긴 반응기에 투여하고 상온에서 혼합하였다. 35중량% 질산 17.7ml를 반응기에 12시간동안에 걸쳐서 매우 서서히 투여하였다. 발생되는 수소가스는 계속 배출시키면서 물재킷을 사용하여 90℃가 넘지 않도록 냉각시켰다. 3시간 경과후 부터는 맨틀을 이용한 가열을 적절히 조절하여 90℃를 계속 유지하여 24시간 경과 후에 알루미늄수용액 약 50ml를 얻었다.
다이알릴아민 9.3g을 순수 23.9ml에 용해시킨 약염기수용액을 제조한 후, 상온으로 냉각시킨 반응기에 투여하고 강하게 교반하면서 혼합하여 약 90ml의 알루미나하이드로졸을 얻었다. 등유를 현탁매개체로서 지름 5cm, 길이 100cm의 유리관에 채우고 온도를 95℃로 유지하면서, 액위 4cm 위에서부터 Nozzle를 통하여 상기와 같이 제조된 알루미나하이드로졸을 드로핑하여 구형의 알루미나하이드로겔을 생성시켰다.
유리관 밑바닥에 축척된 알루미나하이드로겔을 추출하여 동일한 유동 파라핀이 충진된 오일조에 옮기고 107℃, 15시간 동안 1차 숙성시켰다. 1차 숙성된 알루미나하이드로겔을 오일조에서 추출하여 93℃, 25중량%의 수산화암모니아수용액 400ml에 투입하고 8시간 동안 2차숙성을 진행하였다.
120℃에서 12시간 동안 건조한 후, 630℃에서 3시간 동안 소성하여 구형알루미나 입자가 최종적으로 완성되면 입자의 전단면에 대한 전자현미경 촬영에 의하여 1㎛ 이상의 지름을 가지는 기공의 유무를 확인하였다.
이렇게 제조된 구형 알루미나에 염화백금산 수용액과 염산을 각각 3.0 부피%로 섞은 혼합수용액을 함침한 후, 180℃의 건조 공기에서 1시간 건조시킨 후, 400℃에서 2시간 소성시켰다. 백금이 함침된 알루미나 입자에 질산칼륨수용액과 염산을 각각 4.0부피%를 섞은 혼합수용액을 함침시킨 후, 150℃, 건조공기에서 2시간 건조시킨 후, 650℃에서 2시간 소성시켜 탈수소화 촉매를 최종 제조하였다.
촉매의 성능 평가를 위해 650℃에서 4시간 동안 수소로 환원한 후, 수소 및 프로판의 혼합기체를 유입시켜 탈수소반응 실험을 실시하였다. 반응조건을 프로판의 액체공간속도는 5hr-1, 수소와 프로판의 혼합물비는 1이며, 반응압력은 1.5기압, 반응온도는 630℃ 등온으로 유지하였다. 반응전후의 기체 조성은 반응장치에 연결된 기체분석기에 의해 분석되어 프로판 전환율과 프로필렌 선택도를 구하고, 반응시간 20시간 경과후의 전환율과 선택도로부터 반응안정성을 평가하였다.
<비교예 1>
알루미나하이드로졸 제조시 35중량% 질산 10.3ml를 투여한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 구형알루미나 입자를 제조, 분석하고 반응평가를 실시하였다.
<비교예 2>
알루미나하이드로졸 제조시 35중량% 질산 8.6ml를 투여한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 구형알루미나 입자를 제조, 분석하고 반응평가를 실시하였다.
상기와 같은 방법으로 제조된 알루미나하이드로졸과 구형알루미나 입자의 분석결과와 반응평가 결과를 아래 표에 나타내었다.
| 실험번호 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| A1 metal ［g］HNO3(35%) ［ml］A1 : N Mol Ratio | 1017.76.5 : 1 | 1010.33.6 : 1 | 108.67.8 : 1 |
| 지름 1㎛이상 기공 유무 | 유 | 무 | 제조불가능 |
| 반응시간 20시간 후의 전환율/선택도 | 39.1/89.8 | 34.7/83.9 | - |
본 발명의 상기와 같이 제조된 알루미나하이드로졸을 이용하여 드로핑 및 숙성과정을 거쳐 제조된 구형알루미나 입자는 지름이 1㎛이상인 대기공의 세공구조를 가지고 이에 따라 반응물인 노말파라핀과 생성물인 노말올레핀의 입자 내에서의 흐름이 원활하게 되어 이를 촉매지지체로 사용하여 제조된 탈수소촉매는 반응안정성이 향상된다.
Claims (2)
- 알루미늄금속을 질산에 반응시켜 알루미나하이드로졸을 제조한 후, 이를 오일-드로핑하여 알루미나하이드로겔을 제조한 다음, 이를 숙성, 건조 및 소성하여 지지체로 사용하고, 지지체에 활성성분을 함침시켜 얻는 통상의 탈수소반응용 촉매의 제조방법에 있어서, 알루미늄금속의 알루미늄과 질산의 질소간의 몰비가 6:1∼7:1 인 것을 특징으로 하는 대기공 촉매의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 지지체 입자의 기공 지름이 1㎛이상인 것을 특징으로 하는 대기공 촉매의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970063850A KR19990042914A (ko) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 대기공 촉매의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970063850A KR19990042914A (ko) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 대기공 촉매의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990042914A true KR19990042914A (ko) | 1999-06-15 |
Family
ID=66094148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970063850A KR19990042914A (ko) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 대기공 촉매의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19990042914A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100507445B1 (ko) * | 1997-12-31 | 2005-12-08 | 주식회사 효성 | 거대기공을가진저분자량탄화수소의탈수소반응용촉매의제조방법 |
-
1997
- 1997-11-28 KR KR1019970063850A patent/KR19990042914A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100507445B1 (ko) * | 1997-12-31 | 2005-12-08 | 주식회사 효성 | 거대기공을가진저분자량탄화수소의탈수소반응용촉매의제조방법 |
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