KR20060135952A - 성형입자 및 이를 이용한 탈수소화 방법 - Google Patents

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코레이 라이언 에반스
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셀 인터나쵸나아레 레사아치 마아츠샤피 비이부이
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Abstract

성형입자의 형태로 촉매 지지체 또는, 선택적으로, 탈수소화 촉매 시스템으로서 이용하기에 적절한 성형입자로서, 상기 성형입자는 일정 길이 및 이 길이를 따라 1 이상의 지점의 횡단면 기하구조를 포함하는 기하구조를 가지며, 상기 횡단면 기하구조는 상단부 횡단면적을 갖는 상단부 및 하단부 횡단면적을 갖는 하단부를 제공하는 가상의 분할선을 보유하는 비대칭 형상에 의해 특정되고, 상기 상단부 횡단면적은 상기 하단부 횡단면적보다 넓다. 이 횡단면 기하구조는 추가적으로, 둘레를 보유하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 복수의 노치(notch)를 특정하는 것을 특징으로 할 수 있는데, 상기 복수의 노치의 각각의 상기 노치는 홈 깊이 및 홈 개구부 회전거리를 갖는다.
탈수소화, 성형입자, 개구부 회전거리, 회전거리, 횡단면

Description

성형입자 및 이를 이용한 탈수소화 방법{A SHAPED PARTICLE AND A DEHYDROGENATION PROCESS USING IT}
본 발명은 성형입자(shaped particle)에 관한 것이다. 일 양태에 있어서, 본 발명은 촉매 지지체로서 적절하게 이용될 수 있는 성형입자에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 양태는 특정 기하구조를 갖는 성형입자의 촉매 시스템에 관한 것이다.
촉매를 이용하는 방법에서의 반응기 촉매 베드에 이용될 경우에, 특정한 종래 기술의 형상에 비하여 특정의 바람직한 특성 또는 심지어는 개선된 특성을 제공하는 성형된 촉매입자의 고안 및 개발의 노력이 계속 있어왔다.
미국 특허 제3,966,644호에는 속이 찬 입자를 제공하기 위하여 그 중심선을 따라 충분한 길이로 확장되는, 요면의 기하구조를 갖는 횡단면을 보유하는 것을 특징으로 하는 성형된 다공성 수소처리 촉매입자가 게시되어 있다. 이 요면의 기하구조는 바람직하게는 로브(lobe)가 동일한 직경의 원에서 돌출 되며 닫힌 곡선을 형성하기 위해 연결된다는 점에서 폴리로발(polylobal)이다. 이 입자의 보다 바람직한 횡단면 기하구조는 동일한 직경의 원의 3개 이상의 로브를 보유하는 폴리로발 형태이다. 교시된 요면 형태의 수소처리 촉매는 석유 잔류물의 수소처리에 유리한 촉매적 활성을 보유하는 것으로 나타난다. 이 '644호 특허에 교시된 형상은 방사대칭 또는 좌우대칭 중 하나라는 것을 유의해야 한다.
미국 특허 제4,391,740호에는 황 및 금속을 함유하는 탄화수소 공급물(feedstock)의 수소처리에 이용될 수 있는 폴리로발 횡단면을 보유하는 압출성형된 촉매입자가 게시되어 있다. 이 촉매입자는 직사각형의 입자 규모로 한정될 수 있는, 한정된 비원형(non-circular)의 횡단면을 갖는 신장된 압출물일 수 있다. 특유의 형상에는 타원형 단면 또는 한 개의 돌출 단면을 가진 타원형, 또는 두 개의 돌출 횡단면을 가진 타원형이 포함된다. 이 '740호 특허의 형상은 입자의 개선된 표면-대-부피 비율을 제공하고, 성형 촉매의 베드가 기타 비교 형상보다 낮은 압력 하강을 제공할 것이라고 주장되고 있다. 이 '740호 특허에 교시된 형상은 대칭형이라는 것을 유의해야 한다.
미국 특허 제4,495,307호에는 로브의 곡률보다 더 큰 곡률을 보유한 무디게 둥근 요면 틈새에 의해 개별적인 로브가 분리된 다열편(polylabate)의 횡단면을 보유하는 실린더형 수소처리 촉매입자가 게시되어 있다. 이 형상은 등변 삼각형과 관련하여 추가적으로 특정될 수 있다. 이 '307호 특허에 교시된, 성형된 촉매는 미국 특허 제3,232,887호에 기술된 바와 같은 종래 기술의 트리로브(trilobe) 성형 촉매입자에 비하여, 보다 양호한 촉매적 활성 및 압력 강하에 있어서의 개선을 제공하는 등, 개선된 특성을 보유하는 것으로 주장되고 있다. 이 '307호 특허에 교시된 형상은 좌우대칭임을 유의해야 한다.
미국특허 제4,673,664호에는 3 또는 4개의 가닥이 입자의 길이를 따라 압출 축에 대하여 나선형으로 감긴 형상을 가진 폴리로발 압출물인, 나선 로브형 수소처리 촉매입자가 게시되어 있다. 이 나선형의 형상은 촉매 입자의 반응기 고정베드 전반에 대한 개선된 압력 강하를 제공하는 것으로 제안되어 있다. 이 '664호 특허에 교시된 형상은 방사대칭 또는 좌우대칭 중 하나임을 유의해야 한다.
미국특허 제5,097,091호에는 탄화수소의 탈수소반응에 이용하기 위한 톱니바퀴(toothed-wheel)형 촉매가 게시되어 있다. 이 톱니바퀴형 성형입자는 적어도 3개의 톱니 및 왕관형 원의 직경-대-루트원(root circle)의 직경의 비율, 톱니 루트(root) 상의 공간 너비-대-크라운 상의 톱니 너비의 비율, 및 톱니 루트 상의 공간으로 특별히 특정되는 규격의 비율을 가진다. 이 톱니형 촉매는 대조 촉매에 비하여 개선된 활성 및 선택성을 제공하는 것으로 되어 있다. 이 '091호 특허에 교시된 형상은 방사대칭 또는 좌우대칭 중 하나임을 유의해야 한다.
상기 기술된 촉매의 형상이 특정의 촉매이용 공정에 이용될 경우에 다양한 유리한 효과를 제공할 수 있지만, 기타 비교대상의 형상이 제공하지 못하는 특정의 특별한 유리한 효과 또는 종래 기술의 촉매 형상에 비하여 개선점을 제공할 수 있는 유리한 특성의 조합을 제공할 수 있는 촉매의 형상을 발견할 필요성이 항상 존재했다.
따라서, 본 발명의 목적은 촉매 성분에 대하여 지지체로서 적절하게 이용될 수 있는 성형입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응기 시스템의 촉매 베드의 성분으로서 이용될 수 있는 성형된 촉매입자를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 관하여 성형입자가 제공된다. 이 성형입자는 일정 길이 및 이 길이를 따라 1 이상의 지점의 횡단면 기하구조를 포함하는 기하구조를 가지며, 여기서 상기 횡단면 기하구조는 상단부 횡단면적을 갖는 상단부(upper end) 및 하단부 횡단면적을 갖는 하단부(lower end)를 제공하는 가상의 분할선을 보유하는 비대칭 형상에 의해 특정된다. 이 상단부 횡단면적은 하단부 횡단면적보다 넓다. 이 성형입자는 촉매성분에 대한 지지체로서 적절하게 이용될 수 있거나, 또는 성형입자 그 자체가 촉매 시스템이 될 수 있다.
또 다른 발명과 관련하여, 탈수소화 방법이 제공되는데, 이 방법은 탈수소화반응 조건 하에서 탈수소화 공급물을 성형입자의 형태로 존재하는 산화철계 탈수소화 촉매 시스템과 접촉시키는 단계를 포함한다. 이 성형입자는 산화철을 함유하며, 일정 길이 및 이 길이를 따라 1 이상의 지점의 횡단면 기하구조를 포함하는 기하구조를 갖는데, 여기서 상기 횡단면 기하구조는 상단부 횡단면적을 갖는 상단부 및 하단부 횡단면적을 갖는 하단부를 제공하는 가상의 분할선을 보유하는 비대칭 형상에 의해 특정되고, 상기 상단부 횡단면적은 상기 하단부 횡단면적보다 넓다.
도 1은 본 발명 성형입자의 3홈(three-grooved) 구체예에 대한 투시도이다.
도 2는 단면선(section line) 2-2를 따라 취한 도 1의 3홈 성형입자의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명 성형입자의 5홈 구체예의 횡단면도이다.
본 발명은 촉매적 성분이 혼합되어 있는 촉매 지지체로서 적절하게 이용될 수 있는 다중-홈(multi-grooved) 성형입자에 관한 것이다. 본 발명의 특히 바람직한 양태는 추가적으로 다중-홈 성형입자의 형태로 존재하는 탈수소화 촉매에 관한 것이다. 다중-홈 성형입자의 독특한 형태는 무게-하중(weigh-loaded) 입자를 제공하는 기하구조로 존재한다. 입자의 무게하중은 입자가 반응기에 적재되어 촉매 베드를 형성할 경우 바람직한 배향 및 촉매 베드 내에 보다 균일한 다중-홈 성형입자의 패킹을 촉진할 것으로 여겨진다. 이 다중-홈의 성형된 촉매입자의 무게하중은 탄화수소의 탈수소화에 이용하기 위한 다중-홈의 성형된 산화철계 촉매입자에 특히 중요하다.
본원에서 무게-하중 입자를 언급할 경우에는, 이들이 비대칭성 횡단면의 기하구조를 보유하는 성형입자 또는 펠릿을 제공하는 횡단면 및 길이를 보유하는 것을 의미한다. 이 성형입자의 횡단면의 기하구조는 나머지 부분의 횡단면보다 넓은 횡단면적을 보유하는 부분의 횡단면을 제공하도록 비대칭성이다. 비대칭성 횡단면을 보유하는 입자가 동종의 지지체 물질 또는 동종의 촉매 물질로 구성된다면, 보다 넓은 횡단면적을 보유하는 입자의 부분이, 더 많은 질량을 함유할 것이므로, 나머지 부분보다 무거울 것이라는 이치에 맞게 적재될 것이다.
무게-하중 입자의 횡단면을 특징짓는 선택적인 방법은 무게하중 입자의 중심선을 통하여 통과하는 1 이상의 가상의 분할선을 갖게 하여 횡단면을 특정하는 것인데, 이로써 무게하중 입자의 횡단면의 두 부분이 특정되며, 여기서 가상의 분할선의 한쪽편에는 한 부분의 횡단면이 존재하고, 분할선의 반대편에는 횡단면의 나 머지 부분이 존재하게 된다. 횡단면이 이러한 방식으로 특정될 경우, 횡단면의 한 부분의 횡단면적 대 횡단면의 나머지 부분의 횡단면적의 비율이 약 1.1:1 내지 약 4:1 범위가 되도록 횡단면을 분할하는 1 이상의 가상의 분할선이 존재하도록 하는 것이 바람직하다. 횡단면의 한 부분의 횡단면적 대 횡단면의 나머지 부분의 횡단면적의 바람직한 비율은 1.25:1 내지 3:1 범위이고, 가장 바람직하게는 이 비율은 1.5:1 내지 2.5:1 범위이다. 전형적인 목표 비율은 약 2:1이다.
반응용기에 촉매입자를 적재하는 한 가지 방법은 반응용기에 이 촉매입자를 쏟아 붓고, 입자가 반응용기에 자유롭게 낙하하도록 하여 촉매 베드를 형성하는 것이다. 또 다른 방법에는, 촉매 입자가 부어지는 적재 주머니(loading sock)의 이용이 포함될 수 있는데, 이 주머니는 촉매 입자가 떨어져 내려 촉매 베드가 형성되기 이전에 자유 낙하하는 촉매 입자의 흐름의 방향을 제어하고 거리를 제한하는데 이용된다. 반응용기를 적재하는데 이용되는 기타 방법에는 반응 용기에 촉매입자를 운송하는 공기압 장치 또는 기타 수송장치의 이용이 포함될 수 있다. 이러한 모든 방법에 있어서, 반응용기에 위치하는 촉매입자는 촉매가 바닥에 내려앉아 반응용기 내에 촉매 베드를 형성하기 이전까지 약간의 거리를 낙하하게 된다.
본원에서 기술하는 발명인 성형입자는 패킹된 베드 내에 성형입자의 보다 균일한 배치를 제공하여, 개선된, 촉매베드 패킹을 제공할 것으로 여겨진다. 따라서, 반응용기에 자유 낙하로써 적재될 경우, 무게하중 입자는 형성된 촉매 베드 내에 촉매입자의 배치에 있어서 특정 균일성이 존재하도록 하는 방법으로 이들의 배향을 스스로 결정할 것이다.
본원에서 비대칭 형태로서의 성형입자에 관하여 언급할 때, 이 입자는 좌우대칭 및 방사대칭이 아니라는 것을 의미한다. 좌우대칭은 형상이 한 평면에 의해 본질적으로 동일한 두 개의 절반으로 분리될 수 있을 경우에 해당한다. 방사대칭은 중심선 주변으로 유사한 부분이 규칙적으로 배열되도록 하는 선에 관하여 형상이 대칭일 경우에 해당한다.
본 발명의 성형입자를 보다 자세히 도해 및 기술하기 위해서, 이제, 본 발명의 다양한 구체예를 나타내는 도면에 관하여 언급하려 한다. 도 1은 3홈 성형입자(10)의 투시도이다. 이 3홈 성형입자는 일정 길이(12) 및 그 형상이 비대칭인 횡단면 기하구조(14)를 가진 것을 특징으로 한다. 이 3홈 성형입자(10)의 길이를 따라 위치하는 한 지점에서, 횡단 평면(2-2)이 3홈 성형입자(10)의 중심선(나타내지 않음)에 수직하게 되도록 취해진다.
도 2에 관하여 언급하면, 임의의 적절한 형태 또는 형상을 가질 수 있는 가상의 둘레(16)에 의해 부분적으로 특정되는 횡단면 기하구조(14)의 횡단면도(2-2)가 묘사되어 있다, 그러나 도 2에 묘사된 바와 같이 상기 가상의 둘레(16)는 대략적으로 중심선(18)을 보유하는 원이다. 이 가상의 둘레(16)는 추가적으로 일정 직경(20) 및 중심선(18)을 통과하는 가상의 분할선(22)을 보유하는 것으로 특정된다. 이 가상의 분할선(22)은 횡단면 기하구조(14)를 상단부 또는 상측 절반(24) 및 하단부 또는 하측 절반을 제공 또는 분할한다.
본원에 사용되는 가상의 둘레(16)라는 용어는, 일반적으로 3홈 성형입자(10)가 성형되는 금형 또는 형틀에 의해 특정되는 횡단면 기하구조(14)의 외곽 또는 모 시리를 의미한다. 이 가상의 둘레(16)는, 만일 횡단면 기하구조(14)가 홈을 포함하지 않는다면, 가상의 둘레(16)가 중심선(18)을 보유하는 원에 가까울 것이라는 의미에서 가상이라는 것이다. 따라서 중심선(18)은 가상의 둘레(16)의 중심이다. 가상의 분할선(22)은 중심(18)선을 통과한다. 또한, 이 가상의 분할선(22)은, 만일 횡단면 기하구조(14)가 홈을 포함하지 않는다면, 가상의 둘레(16)가 원에 근접할 것이라는 의미에서 가상이라는 것이다. 이 가상의 분할선(22)은 횡단면 기하구조(14)를 두 부분으로 분할하는데, 이 중 한 부분은 다른 부분의 횡단면적보다 더 넓은 횡단면적을 보유한다. 성형입자의 길이 때문에, 더 넓은 횡단면적을 보유하는 부분은 더 좁은 횡단면적을 보유하는 나머지 부분보다 더 많은 질량을 보유할 것이고, 따라서 하중 성형입자를 제공할 것이다. 가상의 둘레(16)는 일반적으로 원일 수 있고, 제조 방법 및 조건에 따른 변동 때문에, 완전한 원보다는 다소 신장되거나 또는 원에서 다소 벗어날 수 있다는 것은 이해되어야 한다.
횡단면 기하구조(14)는 제1홈(28), 제2홈(30) 및 제3홈(32)을 포함하는 복수의 홈을 특정한다. 제1홈(28), 제2홈(30) 및 제3홈(32)은 각각 제1홈 깊이(34), 제2홈 깊이(36), 및 제3홈 깊이(38)에 의해 특정된다. 홈 깊이는 가상의 둘레(16) 상의 한 지점에서 홈의 가장 깊은 모서리 지점까지 이은 선을 가상의 둘레(16)에서부터 측정한 가장 짧은 거리이며, 여기서 이 선은 가상의 둘레(16) 상의 그 지점을 통과하는 탄젠트 선에 대하여 수직이다.
횡단면 기하구조(14)에 의해 특정되는 복수의 홈에 대하여 각각의 홈의 개구부(opening)는 원을 특정하는 360 회전각도의 각도수(number of degree)와 연관하 여 특징지어질 수 있다. 따라서 제1홈(28)은 제1홈 개구부 회전거리(44)만큼 이격되어 있는 제1선단모서리(leading edge)(40) 및 제1후단모서리(trailing edge)(42)를 포함하고, 여기서 회전거리는 앞서 언급한 바와 같이 각도로서 측정될 수 있다. 제2홈(30)은 제2홈 개구부 회전거리(50)만큼 이격되어 있는 제2선단모서리(46) 및 제2후단모서리(48)를 포함한다. 제3홈(32)은 제3홈 개구부 회전거리(56)만큼 이격되어 있는 제3선단모서리 및 제3후단모서리를 포함한다.
선단모서리 및 후단모서리는 본원에서 필수적으로 양호하게 특정된 지점 또는 각도일 필요는 없다는 것 및 모서리들은 사용 또는 마모의 결과 또는 제조 방법 및 조건의 결과 사실상 무뎌질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
복수의 홈의 각각의 홈 사이의 횡단면 기하구조(14) 중 외부 모서리는 원을 특정하는 360 회전각도의 각도수와 연관하여 특징지을 수 있다. 따라서 제1홈(28)의 제1선단모서리(40)와 제2홈(30)의 제2후단모서리(48)는 제1회전거리(58)만큼 이격되어 있다. 제2홈(30)의 제2선단모서리(46)와 제3홈(32)의 제3후단모서리(54)는 제2회전거리(60)만큼 이격되어 있다. 제3홈(32)의 제3선단모서리(52)와 제1홈(28)홈의 제1후단모서리(42)는 제3회전거리(62)만큼 이격되어 있다.
가상의 둘레(16)를 따라 반시계 방향으로 움직여보면, 홈의 후단모서리, 예컨대 제1홈(28)의 제1후단모서리(42)는 이어서 위치하는 홈의 첫번째 선단모서리, 예컨대 제1홈(28)의 선단모서리(40)와 마주치게 된다. 다음, 제2홈(30)의 제2후단모서리(48)는 이어서 위치하는 제2홈(30)의 제2선단모서리(46)와 마주치게되며, 마찬가지로, 제3홈(32)의 제3후단모서리(54)는 이어서 위치하는 제3홈(32)의 제3선단 모서리(52)와 마주치게되며, 다시 제1선단모서리(42)의 시작점으로 돌아오게 된다. 제1홈(28)의 제1후단모서리와 같은 지점에서 시작하여, 같은 지점에서 끝나는 가상의 둘레(16)은 360°를 나타낸다. 따라서, 제1홈 개구부 회전거리(44), 제2홈 개구부 회전거리(50), 제3홈 개구부 회전거리(56), 제1회전거리(58), 제2회전거리(60), 및 제3회전거리(62)의 합계는 360°이다.
발명의 또 다른 구체예의 횡단면은 도 3에 나타냈으며, 이는 5홈 비대칭 형상(100)의 횡단면도를 나타내고 있다. 이 5홈 비대칭 형상(100)은, 임의의 적절한 형태 또는 형상을 가질 수 있는, 가상의 둘레(104)에 의해 부분적으로 특정되는 횡단면 기하구조(102)를 보유하나, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이 가상의 둘레(104)는 대략적으로 중심선(106)을 보유하는 원이다.
이 가상의 둘레(104)는 추가적으로 일정 직경(106) 및 중심선(106)을 통과하는 가상의 분할선(108)을 보유하는 것을 특징으로 한다. 이 가상의 분할선(108)은 횡단면 기하구조(102)를 상단부 또는 상측 절반(110) 및 하단부 또는 하측 절반(112)을 제공 또는 분할한다.
횡단면 기하구조(102)는 제1홈(114), 제2홈(116), 제3홈(118), 제4홈(120) 및 제5홈(122)을 포함하는 복수의 홈을 특정한다. 제1홈(114), 제2홈(116), 제3홈(118), 제4홈(120) 및 제5홈(122)은 각각 제1홈 깊이(124), 제2홈 깊이(126), 제3홈 깊이(128), 제4홈 깊이(130), 및 제5홈 깊이(132)에 의해 특정된다. 홈의 깊이는 가상의 둘레(104) 상의 한 지점에서 홈의 모서리의 가장 깊은 지점까지 이은 선을 가상의 둘레(104)에서부터 측정한 가장 짧은 거리이며, 여기서 이 선은 가상의 둘레(104) 상의 그 지점을 통과하는 탄젠트 선에 대하여 수직이다.
횡단면 기하구조(102)에 의해 특정되는 복수의 홈에 대하여 각각의 홈의 개구부는 원을 특정하는 360 회전각도의 각도수와 연관하여 특징지어질 수 있다. 따라서 제1홈(114)은 제1홈 개구부 회전거리(142)만큼 이격되어 있는 제1선단모서리(138) 및 제1후단모서리(140)를 포함하고, 여기서 회전거리는 앞서 언급한 바와 같이 각도로서 측정될 수 있다. 제2홈은 제2홈 개구부 회전거리(148)만큼 이격되어 있는 제2선단모서리(144) 및 제2후단모서리(146)를 포함한다. 제3홈(118)은 제3홈 개구부 회전거리(154)만큼 이격되어 있는 제3선단모서리(150) 및 제3후단모서리(152)를 포함한다. 제4홈(120)은 제4홈 개구부 회전거리(160)만큼 이격되어 있는 제4선단모서리(156) 및 제4후단모서리(158)를 포함한다. 제5홈은 제5홈 개구부 회전거리(166)만큼 이격되어 있는 제5선단모서리(162) 및 제5후단모서리(164)를 만든다.
복수의 홈의 각각의 홈 사이의 횡단면 기하구조(102) 중 외부 모서리는 원을 특정하는 360 회전각도의 각도수와 연관하여 특징지을 수 있다. 따라서 제1홈(114)의 제1선단모서리(138)와 제2홈(116)의 제2후단모서리(146)는 제1회전거리(168)만큼 이격되어 있다. 제2홈(116)의 제2선단모서리(144)와 제3홈(118)의 제3후단모서리(152)는 제2회전거리(170)만큼 이격되어 있다. 제3홈(118)의 제3선단모서리(150)와 제4홈(120)홈의 제4후단모서리(168)는 제3회전거리(172)만큼 이격되어 있다. 제4홈(120)의 제4선단모서리(156)와 제5홈(122)홈의 제5후단모서리(164)는 제4회전거리(174)만큼 이격되어 있다. 제5홈(122)의 제5선단모서리(162)와 제1홈(114)홈의 제1후단모서리(140)는 제5회전거리(176)만큼 이격되어 있다.
가상의 둘레(104)를 따라 반시계 방향으로 움직여보면, 홈의 후단모서리, 예컨대 제1홈(114)의 제1후단모서리(140)는 이어서 위치하는 동일한 홈의 첫번째 선단모서리, 예컨대 제1홈(114)의 제1선단모서리(138)와 최초로 마주치게 된다. 다음, 제2홈(116)의 제2후단모서리(146)는 이어서 위치하는 제2홈(116)의 제2선단모서리(144)와 마주치게된다. 다음, 제3홈(118)의 제3후단모서리(152)는 이어서 위치하는 제3홈(118)의 제3선단모서리(150)와 마주치게 된다. 다음 제4홈(120)의 제4후단모서리(168)는 이어서 위치하는 제4홈(120)의 제4선단모서리(156)과 마주치게 된다. 다음, 제5홈(122)의 제5후단모서리(164)는 제5홈(122)의 제5선단모서리(162)와 마주치게 되며, 이후 제1후단모서리(140)의 시작점으로 다시 돌아온다.
제1홈(114)의 제1후단모서리와 같은 한 지점에서 시작하여, 같은 지점에서 끝나는 가상의 둘레(104)는 360°를 나타낸다. 따라서, 제1홈 개구부 회전거리(142), 제2홈 개구부 회전거리(148), 제3홈 개구부 회전거리(154), 제4홈 개구부 회전거리(160), 제5홈 개구부 회전거리(166), 제1회전거리(168), 제2회전거리(170), 및 제3회전거리(172), 제4회전거리(174), 및 제5회전거리(176)의 합계는 360°이다.
형태에 관련하여 상기 기술한 3홈 형상 및 5홈 형상은 본 발명의 특정 구체예의 예증적 예로서만 제공된다는 것은 이해되어야만 한다. 따라서 본 발명의 다중-홈 형상에는 또한 4홈 또는 6홈 또는 그 이상의 홈을 보유하는 형상이 포함될 수 있으며, 단 이 형상은 본원에서 기술한 바와 같이 비대칭 및 기타 기하구조의 특성 에 대한 요구를 충족해야한다. 홈의 이격거리, 홈의 깊이, 홈의 개구부 회전거리 및 회전거리는 매우 다양할 수 있으며, 본 명세서의 형태로 묘사된 상대적 규격 및 기하구조로 특정될 필요는 없다.
본 발명의 성형입자는 임의의 적절한 방법 또는 당해 기술분야에서 숙달된 자에게 공지된 방법에 의해 본원에 정의된 바와 같은 성형입자로 적절하게 형성될 수 있는 임의의 물질을 이용하여 제조될 수 있다. 성형입자의 형성에 이용될 수 있는 적절한 물질에는, 예컨대 촉매 시스템 또는 성분에 전형적으로 이용되는, 또는 기타 성분과 혼합하여 촉매 시스템 또는 조성물을 형성할 수 있는 물질 또는 화합물 또는 성분이 포함된다. 성형입자를 성형하는 방법에는, 예컨대 압출성형 방법, 몰딩성형 방법, 필(pill) 성형, 타블렛팅 방법이 포함된다.
성형입자가 촉매 시스템의 형성 또는 제조에 이용될 경우에, 성형입자는, 촉매 시스템 또는 조성물의 지지체 성분으로서 이용하기에 적절한 특성을 보유한 임의의 내화성 산화물이 포함될 수 있는 다공성 무기 산화물과 같은 전형적인 촉매 지지체 물질로 형성될 수 있다. 적절한 다공성 내화성 산화물의 가능한 예에는 실리카, 마그네시아, 실리카-티타니아, 지르코니아, 실리카-지르코니아, 티타니아, 실리카-티타니아, 알루미나, 실리카-알루미나, 및 알루미노-실리케이트가 포함된다. 알루미나는 알파 알루미나, 베타 알루미나, 감마 알루미나, 델타 알루미나, 에타 알루미나, 세타 알루미나, 보에마이트(boehmite) 또는 이들의 혼합물과 같이 다양한 형태일 수 있다.
성형입자가 지지체 물질을 함유할 경우, 표준 함침 방법과 같이 성형 촉매 지지체 물질에 촉매적 성분을 혼입하는 임의의 공지된 방법에 의해, 촉매적 성분이 성형입자에 추가적으로 주입될 수 있다. 또한, 이 촉매적 성분은 성형입자의 형성 이전에 지지체 물질과 함께 혼합되거나 함께 가루로 만들어 성형된 촉매입자를 제공할 수 있다.
본 발명의 특별히 중요한 구체예는 본원에 기술한 바와 같은 성형입자의 형태로 존재하는 산화철-계 탈수소화 촉매 시스템이다. 이는 탈수소화 반응, 특히 에틸벤젠의 스티렌으로의 탈수소화가 반응기 흐름 및 압력 조건에 대하여 민감할 수 있기 때문이며, 본 발명의 성형된 산화철-계 촉매 시스템이 종래 기술의 형상에 비하여 성형된 촉매 시스템의 베드에 걸쳐 감소된 압력강하를 제공할 수 있고, 베드를 통과하는 개선된 흐름 특성을 제공할 수 있기 때문이다.
본 발명의 성형된 산화철계 촉매 시스템은 산화철을 함유한다. 탈수소화 촉매의 산화철은 임의의 형태로 존재할 수 있으며, 임의의 급원 및 산화철계 탈수소화 촉매에 이용하기에 적절한 산화철 물질을 제공하는 임의의 방법으로 수득될 수 있다. 특히 바람직한 산화철계 탈수소화 촉매는 산화칼륨 및 산화철을 함유한다.
산화철계 탈수소화 촉매의 산화철은 1 이상의 산화철, 예컨대 노란 산화철(침철석(geothite), FeOOH), 검정 산화철(자철석(magnetite), Fe3O4), 및 합성 적철석 또는 재생산화철이 포함되는 빨강 산화철(적철석(hematite), Fe2O3)과 같은 산화철 중 임의의 1 이상이 포함되는 다양한 형태로 존재할 수 있거나, 또는 산화철은 산화칼륨과 혼합되어 칼륨페라이트(K2Fe2O4)를 형성할 수도 있거나, 또는 산화철 은 산화칼륨과 혼합되어 화학식 (K2O)x·(Fe2O3)y로 나타나는 철 및 칼륨을 모두 함유하는 1 이상의 상(phase)을 형성할 수 있다.
전형적인 산화철계 탈수소화 촉매는 Fe2O3로 계산했을 때 10 내지 100중량%의 철 및 K2O로 계산했을 때, 40중량%까지의 칼륨을 함유할 수 있다. 산화철계 탈수소화 촉매는 대게 산화물 형태로 존재하는 1 이상의 촉진제 금속을 추가적으로 함유할 수 있다. 이러한 촉진제 금속은 Sc, Y, La, Mo, W, Cs, Rb, Ca, Mg, V, Cr, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Cd, Al, Sn, Bi, 희토류 금속 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이들 촉진제 금속 중에서, Ca, Mg, Mo, W, Ce, La, Cu, Cr, V 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 것들이 바람직하다. 가장 바람직한 것은 Ca, Mg, W, Mo, 및 Ce이다.
적절한 산화철계 탈수소화 촉매 조성물의 전형적인 설명은 그 전부가 본원에 참고인용된 미국 특허 공보 제2003/0144566 A1호 미국 특허 제5,689,023호; 미국 특허 제5,376,613호; 미국특허 제4,804,799호; 미국 특허 제4,758,543호; 미국 특허 제6,551,958 B1호; 및 EP 0,794,004 B1호가 포함되는 특허 문헌에서 발견된다.
산화철 및, 바람직하게는 추가적으로 산화칼륨을 함유한, 이 성형된 산화철계 탈수소화 촉매는, 일반적으로 철-함유 화합물 및 칼륨-함유 화합물의 성분을 혼합하는 단계 및 이들 성분을 성형하여 성형입자를 형성한 후, 이 성형입자를 하소시키는 단계에 의해 제조된다. 촉진제 금속-함유 화합물도 또한 철-함유 및 칼륨-함유 성분과 혼합될 수 있다. 이 성형된 산화철계 탈수소화 촉매는, Fe2O3로 계산하 고, 성형된 산화철계 촉매의 총 중량을 기초로 했을 때, 10 내지 90중량%의 산화철을 함유할 수 있다. 이 성형된 산화철계 탈수소화 촉매는, K2O로 계산하고 성형된 산화철계 촉매의 총 중량을 기초로 했을 때, 5 내지 40중량%의 산화칼륨을 추가적으로 함유할 수 있다. 성형된 산화철계 탈수소화 촉매 내에 바람직한 산화철의 농도는 20 내지 85중량% 범위, 가장 바람직하게는 30 내지 80중량% 범위이다. 성형된 산화철계 촉매의 산화칼륨의 바람직한 농도는 10 내지 35중량% 범위, 및 가장 바람직하게는 15 내지 30중량% 범위이다.
촉매 성분은 임의의 적절한 방법에 의해 본원에 기술된 바와 같은 성형입자로 형성될 수 있다. 산화철계 탈수소화 촉매를 제조하는 바람직한 구체예 중 하나는 촉매 성분을 물 또는 가소제, 또는 이들 모두와 함께 혼합하고, 바람직한 기하구조를 보유한 압출물로 형성될 압출가능 페이스트를 형성하는 것이다. 하소는 공기와 같은 산화성 대기, 및 1200℃ 이하, 바람직하게는 500℃ 내지 1100℃, 및 가장 바람직하게는 700℃ 내지 1050℃의 온도에서 바람직하게 수행된다.
바람직한 입자 기하구조 및 요구되는 다중-홈 성형입자 또는 촉매의 무게 하중을 제공하기 위해서, 성형입자는 적어도 3개의 홈을 가져야 하며, 그 보다 많게는, 성형입자의 규격 및 바람직한 기능을 제공하는데 요구되는 무게하중의 양에 따라 7 또는 8개 또는 심지어 더 많은 개수의 홈을 가질 수 있다. 따라서, 넓게는 본 발명의 성형입자는 3 내지 약 10개의 홈을 가질 수 있고, 여기서 각 홈은 홈 깊이-대-직경의 비율 0.075:1 내지 약 0.6:1 범위, 홈 개구부 회전거리(θ) 약 5 내지 약 70°범위, 회전거리(ω) 약 20 내지 약 115°범위, 및 성형입자의 길이-대-직경의 비율 약 0.5 내지 약 2 범위를 보유하는 것을 특징으로 한다. 엄밀하게는, 성형입자의 공칭 직경은 2 또는 3밀리미터(mm) 내지 15 또는 20mm 범위일 수 있으며, 가장바람직하게는, 공칭 직경은 3mm 내지 8mm의 범위이다.
바람직한 무게하중을 제공하기 위해서, 성형입자의 횡단면이, 성형입자의 상단부 또는 상측 절반의 횡단면적 대 성형입자의 하단부 또는 하측 절반의 횡단면적의 비율이 1.1:1 내지 4:1 범위가 되도록 하는 기하구조를 갖게 하는 것이 또한 바람직할 수 있다. "상단부(upper end)" 및 "하단부(lower end)"라는 용어는 도면에 관한 상기 명세에 정의되어 있다. 성형입자의 상단부 또는 상측 절반의 횡단면적 대 성형입자의 하단부 또는 하측 절반의 횡단면적의 비율은 1.25:1 내지 3:1 범위인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 1.5:1 내지 2.5:1 범위이다.
본원에서, 성형입자의 제조에 있어서, 제조된 최종-생성물의 규격에 정상적인 편차가 있을 수 있다는 것 및 제조된 본 발명의 성형입자의 규격은 정상적인 제조 공차(tolerance) 범위 내에서 다양할 것이라는 것이 이해되어야 한다. 이 편차는 성형입자가 제조되는 방법에 따라 보다 현저하게 나타날 것이다. 예를 들어, 압출 방법으로 제조된 입자는 필링 법으로 제조된 입자보다 덜 균일한 경향이 있다. 그리고, 본 발명의 형상의 횡단면도가 중심선 주변의 가상의 원 둘레에 관하여 기술되었지만, 횡단면의 형상은 원에서 벗어날 수 있으며, 심지어는 신장된 횡단면이 포함될 수 있다는 것이 이해되어야만 하는데, 단, 횡단면은 비대칭이며, 본원에서 기술한 발명의 기타 요구되는 특성을 포함해야 한다. 또한, 도면에 나타나 있는 바 와 같이 홈은, 한 지점에서 교차하여 양호하게 특정되는 각을 형성하는 두 개의 직선형 모서리에 의해 형성되는 "V"자형 노치(notch)를 나타낸다. 이러한 기하구조가 바람직한 일 구체예인 한편, 일반적으로는 홈은 잘 특정되지 않을 수 있으며, 여기에는 묘사된 "V"자형 노치에서 다소 변형이 있을 수 있다.
3홈을 가진 성형입자의 구체예에 대하여, 홈 깊이-대-직경 비율은 0.075:1 내지 0.5:1 범위, 바람직하게는 0.125:1 내지 0.4:1 범위, 및 가장 바람직하게는 0.15:1 내지 0.375:1 범위일 수 있다. 홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위, 바람직하게는 15°내지 50°범위, 및 가장 바람직하게는 20°내지 40°범위일 수 있다. 회전거리는 60°내지 110°범위, 바람직하게는 70°내지 105°범위, 및 가장 바람직하게는 80°내지 100°범위일 수 있다. 3홈 성형입자의 길이-대-직경 비율은 0.5 대 약 3.5 범위, 바람직하게는 0.7 내지 3.2 범위, 및 가장 바람직하게는 1 내지 3 범위일 수 있다. 길이-대-직경 비율을 2에 가깝도록 목표하는 것이 통상적이나, 성형입자를 제조하는데 이용되는 제조 방법 및 조건에 따라 결과는 상당히 달라질 수 있다.
성형입자의 5홈 구체예에 대하여는, 홈 깊이-대-직경 비율은 0.075:1 내지 0.5:1 범위, 바람직하게는 0.125:1 내지 0.4:1 범위, 및 가장 바람직하게는 0.15:1 내지 0.375:1 범위일 수 있다. 홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위, 바람직하게는 15°내지 40°범위, 및 가장 바람직하게는 20°내지 35°범위일 수 있다. 회전거리는 29.5°내지 70°범위, 바람직하게는, 35°내지 65°범위, 및 가장 바람직하게는 40°내지 60°범위일 수 있다. 5홈 성형입자의 길이-대-직경 비율은 0.5 내 지 약 3.5 범위, 바람직하게는 0.7 내지 3.2 범위, 및 가장 바람직하게는 1 내지 3범위일 수 있다. 길이-대-직경 비율은 2에 가깝도록 목표하는 것이 통상적이나, 성형입자를 제조하는데 이용되는 제조 방법 및 조건에 따라 결과는 상당히 달라질 수 있다.
하기의 표 1은 다양한 규격의 본 발명의 3홈, 5홈 및 7홈 관형 성형입자를 나타낸다.
Figure 112006083251885-PCT00001
상기 언급한 바와 같이, 본 발명 성형입자의 바람직한 용도는 산화철계 탈수 소화 촉매 시스템이다. 이 성형된 산화철계 촉매입자는 성형된 촉매입자의 소위 패킹된 베드를 형성하도록 반응용기에 위치 또는 적재되는데, 이 패킹된 베드는 반응용기 깊이 이내의 깊이를 갖는다. 이 반응용기는 탈수소화 공급물을 수용하기 위한 반응기 공급물 유입구(inlet) 및 탈수소화 반응 생성물을 배출하기 위한 반응기 배출물 배출구(outlet)가 장착되어 있다. 탈수소화 공급물은 촉매 베드를 통하여 통과하고 이로써 촉매 베드 내에 함유된 성형된 산화철계 탈수소화 촉매 입자와 접촉하게 된다. 이러한 탈수소화 공급물과 성형된 산화철계 탈수소화 촉매의 접촉은 적절한 탈수소화 반응 조건 하에서 수행된다.
탈수소화 공급물은 임의의 적절한 공급물일 수 있으며, 보다 구체적으로는, 탈수소화 가능한 임의의 탄화수소가 포함될 수 있다. 탈수소화 가능한 탄화수소의 예에는 에틸벤젠과 같은 치환된 벤젠 화합물, 이소프렌으로 탈수소화될 수 있는 이소아밀렌(isoamylene) 및 부타디엔으로 탈수소화될 수 있는 부텐이 포함된다. 바람직한 탈수소화 공급물은 스티렌으로 탈수소화될 수 있는 에틸벤젠을 함유한다. 이 탈수소화 공급물에는 또한 희석제가 포함되는 기타 성분이 함유될 수 있다.
탈수소화 조건에는 탈수소화 반응기 유입구 온도 약 500℃ 내지 약 1000℃ 범위, 바람직하게는 525℃ 내지 750℃ 범위, 및 가장 바람직하게는 550℃ 내지 700℃ 범위가 포함될 수 있다. 따라서, 탈수소화 촉매 베드의 첫번째 온도는 약 500℃ 내지 약 100℃ 범위, 바람직하게는 525℃ 내지 750℃ 범위, 및 가장 바람직하게는 550℃ 내지 700℃ 범위일 수 있다.
그러나, 에틸벤젠의 스티렌으로의 탈수소화에서, 반응은 흡열반응이라는 것 이 인식되어야 한다. 그러한 탈수소화 반응이 수행될 경우에, 이 반응은 등온성으로 또는 단열적으로 수행될 수 있다. 탈수소화 반응이 단열적으로 수행되는 경우에는, 탈수소화 촉매 베드에 걸친, 탈수소화 반응기 유입구에서 탈수소화 반응기 배출구 사이의 온도는 150℃만큼 감소될 수 있으나, 보다 전형적으로는, 온도는 10℃ 내지 120℃ 감소될 수 있다.
반응 압력은 상대적으로 낮으며, 진공압력에서 약 25psia까지의 범위일 수 있다. 에틸벤젠의 탈수소화 반응을 수행함에 있어서, 가능한 한 낮은 압력, 예컨대 5psia 내지 20psia 하에서 반응을 수행하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 경우, 본 발명의 성형된 촉매입자의 이용은 바람직한 낮은 압력의 반응 조건을 제공하는데 특히 바람직할 수 있다.
액체 시간당 공간속도(LHSV)는 약 0.01hr-1 내지약 10hr-1 범위, 바람직하게는 0.1hr-1 내지 2hr-1 범위일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "액체 시간당 공간속도(liquid hourly space velocity)"는 정상 조건(즉, 0℃ 및 1 bar절대기압)에서 측정한 탈수소화 공급물, 예컨대 에틸벤젠의 액체 부피 유속을 촉매 베드의 부피로, 만약 촉매 베드가 2 이상이라면, 촉매 베드의 총 부피로 나눈 값으로 정의된다. 스티렌이 에틸벤젠의 탈수소화에 의해 제조될 경우에, 희석제로서 증기를, 증기 대 에틸벤젠의 몰 비율 0.1 내지 20 범위가 되도록 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 증기는 또한 기타 탈수소화 가능한 탄화수소와 함께 희석제로서 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예가 본원에 기술되었지만, 이의 합리적인 변조, 변형 및 개조가 청구의 범위에 의해 특정되는 바와 같은 발명의 범주에서 벗어남이 없이, 상기한 발명의 게시 및 첨부된 청구의 범위의 범주 내에서 만들어 질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (17)

  1. 일정 길이 및 이 길이를 따라 1 이상의 지점의 횡단면 기하구조를 포함하는 기하구조를 갖는 성형입자(shaped particle)로서, 상기 횡단면 기하구조는 상단부 횡단면적을 갖는 상단부(upper end) 및 하단부 횡단면적을 갖는 하단부(lower end)를 제공하는 가상의 분할선을 보유하는 비대칭 형상에 의해 특정되며, 상기 상단부 횡단면적이 상기 하단부 횡단면적보다 넓은 것이 특징인, 성형입자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 횡단면 기하구조는 일정 직경, 및 상기 가상의 분할선이 통과하는 중심을 갖는 원 둘레에 의해 추가적으로 특정되며; 상기 횡단면 기하구조에는 복수의 홈이 특정되어 있고, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 홈 깊이, 선단모서리 및 후단모서리에 의해 특징지어지며, 상기 선단모서리와 후단모서리는 홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있고; 상기 복수의 홈의 각각의 홈의 상기 선단모서리는 인접하는 홈의 상기 후단모서리와 회전거리만큼 이격되어 있으며; 상기 모든 홈 개구부 회전거리 및 상기 횡단면 기하구조의 모든 상기 회전거리의 합은 360°인 것이 특징인, 성형입자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 홈의 상기 각각의 홈은 0.075:1 내지 0.6:1 범위의 홈 깊이-대-직경의 비율에 의해 특정되고; 상기 홈 개구부 회전거리는 10°내지 70°범위이며; 각각의 상기 회전거리는 20°내지 115°범위인 것이 특징인, 성 형입자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 홈의 각각의 홈의 상기 홈 깊이는 상기 원 둘레 상의 1 둘레 지점으로부터 상기 횡단면 기하구조 내에 각 홈의 가장 깊은 지점인 깊이 지점까지의 선에 대한 직선 거리로서 특정되고, 상기 선은 상기 원 둘레 상의 상기 둘레 지점을 통과하는 탄젠트 선에 수직인 것이 특징인, 성형입자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 홈은:
    제1홈 깊이, 제1선단모서리 및 제1후단모서리를 갖는 제1홈(이 제1선단모서리와 제1후단모서리는 제1홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제2홈 깊이, 제2선단모서리 및 제2후단모서리를 갖는 제2홈(이 제2선단모서리와 제2후단모서리는 제2홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제3홈 깊이, 제3선단모서리 및 제3후단모서리를 갖는 제3홈(이 제3선단모서리와 제3후단모서리는 제3홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다)를 포함하고;
    상기 제1홈의 제1선단모서리는 상기 제2홈의 상기 제2후단모서리와 제1회전거리만큼 이격되어 있으며;
    상기 제2홈의 제2선단모서리는 상기 제3홈의 상기 제3후단모서리와 제2회전거리만큼 이격되어 있고;
    상기 제3홈의 제3선단모서리는 상기 제1홈의 상기 제1후단모서리와 제3회전거리만큼 이격되어 있는 것이 특징인, 성형입자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1홈은 0.1:1 내지 0.5:1 범위의 제1홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제1홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위이고; 상기 제1회전거리는 60°내지 110° 범위이며;
    상기 제2홈은 0.1:1 내지 0.5:1 범위의 제2홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제2홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위이고; 상기 제2회전거리는 60°내지 110°범위이며;
    상기 제3홈은 0.1:1 내지 0.5:1 범위의 제3홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제3홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위이고; 상기 제3회전거리는 60°내지 110°범위인 것이 특징인, 성형입자.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 홈은:
    제1홈 깊이, 제1선단모서리 및 제1후단모서리를 갖는 제1홈(이 제1선단모서리와 제1후단모서리는 제1홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제2홈 깊이, 제2선단모서리 및 제2후단모서리를 갖는 제2홈(이 제2선단모서리와 제2후단모서리는 제2홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제3홈 깊이, 제3선단모서리 및 제3후단모서리를 갖는 제3홈(이 제3선단모서리와 제3후단모서리는 제3홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제4홈 깊이, 제4선단모서리 및 제4후단모서리를 갖는 제4홈(이 제4선단모서리와 제4후단모서리는 제4홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제5홈 깊이, 제5선단모서리 및 제5후단모서리를 갖는 제5홈(이 제5선단모서리와 제5후단모서리는 제5홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다)를 포함하고;
    상기 제1홈의 제1선단모서리는 상기 제2홈의 상기 제2후단모서리와 제1회전거리만큼 이격되어 있으며;
    상기 제2홈의 제2선단모서리는 상기 제3홈의 상기 제3후단모서리와 제2회전거리만큼 이격되어 있고;
    상기 제3홈의 제3선단모서리는 상기 제4홈의 상기 제4후단모서리와 제3회전거리만큼 이격되어 있으며;
    상기 제4홈의 제4선단모서리는 상기 제5홈의 상기 제5후단모서리와 제4회전거리만큼 이격되어 있고;
    상기 제5홈의 제5선단모서리는 상기 제1홈의 상기 제1후단모서리와 제5회전거리만큼 이격되어 있는 것이 특징인, 성형입자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제1홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제1홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제1회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제2홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제2홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제2홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제2회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제3홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제3홈 깊이-대-직경의 비율을 보유 하며; 상기 제3홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제3회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제4홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제4홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제4홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제4회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제5홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제5홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제5홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제5회전거리는 29.5°내지 70°범위인 것이 특징인, 성형입자.
  9. 산화철을 함유하고, 일정 길이 및 이 길이를 따라 1 이상의 지점의 횡단면 기하구조를 포함하는 기하구조를 갖는 성형된 산화철계 촉매 시스템으로서, 상기 횡단면 기하구조는 상단부 횡단면적을 갖는 상단부 및 하단부 횡단면적을 갖는 하단부를 제공하는 가상의 분할선을 보유하는 비대칭 형상에 의해 특정되며, 상기 상단부 횡단면적이 상기 하단부 횡단면적보다 넓은 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 횡단면 기하구조는 일정 직경, 및 상기 가상의 분할선이 통과하는 중심을 갖는 원 둘레에 의해 추가적으로 특정되며; 상기 횡단면 기하구조에는 복수의 홈이 특정되어 있고, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 홈 깊이, 선단모서리 및 후단모서리에 의해 특징지어지며, 상기 선단모서리와 후단모서리는 홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있고; 상기 복수의 홈의 각각의 홈의 상기 선단모서리는 인접하는 홈의 상기 후단모서리와 회전거리만큼 이격되어 있으며; 상기 모든 홈 개구부 회전거리 및 상기 횡단면 기하구조의 모든 상기 회전거리의 합은 360°인 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 홈의 상기 각각의 홈은 0.075:1 내지 0.6:1 범위의 홈 깊이-대-직경의 비율에 의해 특정되고; 상기 홈 개구부 회전거리는 10° 내지 70°범위이며; 각각의 상기 회전거리는 20°내지 115°범위인 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 홈의 각각의 홈의 상기 홈 깊이는 상기 원 둘레 상의 1 둘레 지점으로부터 상기 횡단면 기하구조 내에 각 홈의 가장 깊은 지점인 깊이 지점까지의 선에 대한 직선 거리로서 특정되고, 상기 선은 상기 원 둘레 상의 상기 둘레 지점을 통과하는 탄젠트 선에 수직인 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 홈은:
    제1홈 깊이, 제1선단모서리 및 제1후단모서리를 갖는 제1홈(이 제1선단모서리와 제1후단모서리는 제1홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제2홈 깊이, 제2선단모서리 및 제2후단모서리를 갖는 제2홈(이 제2선단모서 리와 제2후단모서리는 제2홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제3홈 깊이, 제3선단모서리 및 제3후단모서리를 갖는 제3홈(이 제3선단모서리와 제3후단모서리는 제3홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다)를 포함하고;
    상기 제1홈의 제1선단모서리는 상기 제2홈의 상기 제2후단모서리와 제1회전거리만큼 이격되어 있으며;
    상기 제2홈의 제2선단모서리는 상기 제3홈의 상기 제3후단모서리와 제2회전거리만큼 이격되어 있고;
    상기 제3홈의 제3선단모서리는 상기 제1홈의 상기 제1후단모서리와 제3회전거리만큼 이격되어 있는 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1홈은 0.1:1 내지 0.5:1 범위의 제1홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제1홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위이고; 상기 제1회전거리는 60°내지 110°범위이며;
    상기 제2홈은 0.1:1 내지 0.5:1 범위의 제2홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제2홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위이고; 상기 제2회전거리는 60°내지 110°범위이며;
    상기 제3홈은 0.1:1 내지 0.5:1 범위의 제3홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제3홈 개구부 회전거리는 10°내지 60°범위이고; 상기 제3회전거리는 60°내지 110°범위인 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 복수의 홈은:
    제1홈 깊이, 제1선단모서리 및 제1후단모서리를 갖는 제1홈(이 제1선단모서리와 제1후단모서리는 제1홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제2홈 깊이, 제2선단모서리 및 제2후단모서리를 갖는 제2홈(이 제2선단모서리와 제2후단모서리는 제2홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제3홈 깊이, 제3선단모서리 및 제3후단모서리를 갖는 제3홈(이 제3선단모서리와 제3후단모서리는 제3홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제4홈 깊이, 제4선단모서리 및 제4후단모서리를 갖는 제4홈(이 제4선단모서리와 제4후단모서리는 제4홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다);
    제5홈 깊이, 제5선단모서리 및 제5후단모서리를 갖는 제5홈(이 제5선단모서리와 제5후단모서리는 제5홈 개구부 회전거리만큼 이격되어 있다)를 포함하고;
    상기 제1홈의 제1선단모서리는 상기 제2홈의 상기 제2후단모서리와 제1회전거리만큼 이격되어 있으며;
    상기 제2홈의 제2선단모서리는 상기 제3홈의 상기 제3후단모서리와 제2회전거리만큼 이격되어 있고;
    상기 제3홈의 제3선단모서리는 상기 제4홈의 상기 제4후단모서리와 제3회전거리만큼 이격되어 있으며;
    상기 제4홈의 제4선단모서리는 상기 제5홈의 상기 제5후단모서리와 제4회전거리만큼 이격되어 있고;
    상기 제5홈의 제5선단모서리는 상기 제1홈의 상기 제1후단모서리와 제5회전거리만큼 이격되어 있는 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제1홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제1홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제1회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제2홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제2홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제2홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제2회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제3홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제3홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제3홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제3회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제4홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제4홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제4홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제4회전거리는 29.5°내지 70°범위이며;
    상기 제5홈은 0.075:1 내지 0.5:1 범위의 제5홈 깊이-대-직경의 비율을 보유하며; 상기 제5홈 개구부 회전거리는 10°내지 50°범위이고; 상기 제5회전거리는 29.5°내지 70°범위인 것이 특징인, 성형된 산화철계 촉매 시스템.
  17. 탈수소화 공급물과 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 성형된 산화 철계 촉매 시스템을 탈수소화 반응조건 하에서 접촉시키는 단계를 포함하는 탈수소화 방법.
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