KR20070075064A - New supported bimetallic platinu mesoporous catalysts and their new preparation method - Google Patents

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Abstract

A mesoporous type platinum-based catalyst and a method for manufacturing the same are provided to improve the activity of catalyst and the selectivity of mono olefin and reduce the amount of aromatic compound generated through sub-reaction, thereby improving the efficiency in a dehydrogenation process. A platinum-based catalyst is composed of a composite carrier and a binary metal supported on the composite carrier, wherein the binary metal has platinum as an activation component and tin as a cocatalyst. The composite carrier is formed by coating a surface of a nonporous type high-density ceramic oxide with porous type alumna having mesopores of 2 to 50 nm and a specific area surface of more than 40 m^2/g. The alumina has a weight percents of 0.5 to 10 based on the composite carrier.

Description

신규의 메조세공형 백금계 촉매 및 이의 제조방법{New Supported Bimetallic Platinu Mesoporous Catalysts and Their New Preparation Method}New Supported Bimetallic Platinu Mesoporous Catalysts and Their New Preparation Method

도 1은 본 발명의 실시예 3에서 졸-겔 법으로 제조된 다공성 알루미나의 흡착 등온선을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the adsorption isotherm of the porous alumina prepared by the sol-gel method in Example 3 of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예 5에서 계면활성제를 이용하여 제조된 다공성 알루미나의 흡착등온선과 세공 분포도를 나타낸 것이다. Figure 2 shows the adsorption isotherm and pore distribution of the porous alumina prepared using the surfactant in Example 5 of the present invention.

도 3은 본 발명의 비교예 1에서 비다공성 알루미나의 흡착 등온선을 나타낸 것이다. Figure 3 shows the adsorption isotherm of non-porous alumina in Comparative Example 1 of the present invention.

본 발명은 신규의 메조세공형 백금계 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물 표면에, 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖는 메조세공 크기의 다공성 알루미나가 코팅되어 이루어진 복합 담체를 백금과 주석의 이원금속 착화합물에 담지시킨 후 마이크로파를 조사하여 제조된 메조세공형 백금계 촉매를 이용하여 탄화수소의 전환 공정을 수행하면, 종래의 산점 에 의한 활성저하 없이 전환율 향상과 모노-올레핀의 선택성을 향상시키고, 부반응물인 방향족 화합물의 생성을 억제시켜 석유화학공업에 유용하게 활용될 수 있는 신규의 메조세공형 백금계 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel mesoporous platinum-based catalyst and a method for preparing the same, and more particularly, a mesoporous sized porous alumina coated with a non-porous, high density ceramic oxide surface having a specific surface area of 40 m 2 / g or more. After the carrier is supported on the binary metal complex compound of platinum and tin, and the hydrocarbon conversion process is carried out using a mesoporous platinum catalyst prepared by microwave irradiation, the conversion rate is improved without deactivation due to the conventional acid point. The present invention relates to a novel mesoporous platinum-based catalyst which can be usefully used in the petrochemical industry by improving the selectivity of mono-olefins and suppressing the production of aromatic compounds as side reactions, and a method for preparing the same.

탄화수소의 전환 공정은 수소화 반응, 접촉분해 반응, 접촉개질 반응 및 탈수소반응 등은 매우 중요한 석유화학 반응공정이다.Hydrogenation, catalytic cracking, catalytic reforming and dehydrogenation are very important petrochemical reactions.

석유화학산업에 이용되고 있는 탈수소화 반응공정의 대표적 응용분야로는 프로필렌, 이소-부텐, C10 ~ C15 범위의 직쇄형 모노-올레핀 등과 같은 지방족 올레핀을 제조하는 공정과, 스틸렌 단량체와 같은 불포화 방향족 화합물의 제조 공정으로 나눌 수 있다. 지방족 파라핀으로부터 생성된 지방족 모노-올레핀은 분자량에 따라 가소제, 생분해성 세제(LAS), 세제형 알콜(Detergent alcohol), 에톡실레이트(Ethoxylate) 등의 원료로 활용되고 있다.Typical applications of the dehydrogenation reaction process used in the petrochemical industry include processes for producing aliphatic olefins such as propylene, iso-butene, straight chain mono-olefins in the range of C 10 to C 15 , and unsaturated such as styrene monomers. It can be divided into manufacturing processes of aromatic compounds. Aliphatic mono-olefins produced from aliphatic paraffins are used as raw materials for plasticizers, biodegradable detergents (LAS), detergent alcohols, ethoxylates, etc., depending on molecular weight.

탈수소화 공정은 겉보기로는 단순해 보이나 자세히 살펴보면 아주 복잡한 공정 중의 하나이다. 일반적으로 탈수소화 반응은 열역학적으로 한계를 가진 반응으로 특히, 전환율의 제한과 매우 높은 흡열반응이므로 많은 열을 필요로 하며, 전환율을 올리기 위하여 온도를 높일 경우 분해, 이성질화, 방향족화, 소중합 반응 등의 복잡한 부반응들이 증대되기 때문이다. 또한, 가장 큰 문제가 되는 것은 코크 생성에 의한 촉매의 비활성화로서, 코크의 전구체가 되는 분자량이 큰 방향족 화합물이 생성될 경우 비가역적으로 촉매표면에 흡착하여 촉매를 비활성화 시키게 되며, 연소 또는 염기성 화합물에 의한 세척 등에 의해서만 촉매표면의 코크 제거가 가능하다. 열역학적인 관점으로 볼 때 C-C 결합에너지가 245 kJ/mol로 C-H 결합에너지 365 kJ/mol 보다 작기 때문에 직쇄형 파라핀의 탈수소 과정이 효과적으로 진행되기 위해서는 C-C 결합의 분해를 억제하고 C-H 결합의 해리 즉, 탈수소가 효과적으로 일어날 수 있는 촉매와 반응조건의 선정이 매우 중요하다. 따라서, 열분해 반응을 억제하기 위해 탈수소 촉매 반응이 비교적 낮은 온도에서 수행되어야 하며, 부산물 생성을 억제하고 공정 경제성을 맞출 수 있는 적절한 모노-올레핀 선택성과 전환율이 필요하다.The dehydrogenation process is seemingly simple, but if you look closely it is one of the most complex processes. In general, dehydrogenation is a thermodynamically limiting reaction. In particular, it requires a lot of heat because the conversion is limited and the endothermic reaction is very high. When the temperature is increased to increase the conversion, decomposition, isomerization, aromatization, and small polymerization reaction are required. Complex side reactions such as In addition, the biggest problem is the deactivation of the catalyst by the formation of coke. When an aromatic compound having a high molecular weight that becomes a precursor of coke is produced, the catalyst is irreversibly adsorbed onto the surface of the catalyst to deactivate the catalyst, It is possible to remove the coke from the catalyst surface only by washing with water. From the thermodynamic point of view, the CC bond energy is 245 kJ / mol, which is less than the CH bond energy of 365 kJ / mol. The selection of catalysts and reaction conditions that can effectively occur is very important. Thus, dehydrogenation catalysis must be carried out at relatively low temperatures in order to inhibit pyrolysis reactions, and appropriate mono-olefin selectivity and conversion rates are needed to suppress by-product formation and match process economics.

모노-올레핀 화합물들을 제조하기 위해 공업적으로 여러 가지 다양한 탈수소 공정이 적용되고 있는데, 일반적으로 백금을 활성성분으로 사용하고, 조촉매 성분으로서 주석(Sn), 코발트(Co), 납(Pb), 인듐(In), 게르마늄(Ge), 세슘(Ce) 중의 한 성분을 사용하고 촉매의 산성으로 인한 부반응을 억제하기 위해 알칼리 금속 및 알카리 토금속 중의 한 성분 이상을 첨가제로 사용하고 있다.Various dehydrogenation processes have been applied industrially to prepare mono-olefin compounds. In general, platinum is used as an active ingredient, and tin (Sn), cobalt (Co), lead (Pb), One component of indium (In), germanium (Ge) and cesium (Ce) is used and at least one of alkali metal and alkaline earth metal is used as an additive to suppress side reactions due to acidity of the catalyst.

직쇄형 파라핀(n-paraffin)의 탈수소화 반응에 의하여, 직쇄형 모노-올레핀(n-monoolefin)을 생성하는 과정에서 생성될 수 있는 주 반응물을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the main reactants that can be produced in the process of producing a linear mono-olefin (n-monoolefin) by the dehydrogenation of the linear paraffin (n-paraffin) as follows.

Figure 112006002141109-PAT00001
Figure 112006002141109-PAT00001

위에서 나타낸 바와 같이, 직쇄형 모노-올레핀만을 선택적으로 얻기 위해서는 매우 선택적인 탈수소화 촉매가 요구되고, 전환율은 온도, 압력, 반응물인 수소 /직쇄형 파라핀의 몰비에 의하여 결정되는데, 온도가 올라가면 전환율이 증가하고, 압력과 수소/직쇄형 파라핀 비율이 높으면 감소한다. 또한, 최적수율은 공간속도의 함수로 얻어질 수 있으며, 공간속도가 높으면 평형에 도달하지 못하여 전환율이 낮아지고, 공간속도가 낮으면 부반응에 의하여 직쇄형 모노-올레핀의 선택도가 떨어지므로 적정한 공간속도가 존재한다. 일반적으로 사용되는 직쇄형 파라핀의 탈수소 반응조건은 대략 반응온도가 450 ~ 500 ℃, 압력이 1 ~ 2 기압, 공간속도(LHSV) 10 ~ 20 h-1, 수소 대 탄화수소 몰비는 3 ~ 9이며, 이때 얻어지는 탄화수소 전환율은 10 ~ 18%, 모노-올레핀 선택도는 80 ~ 95% 정도로 얻어진다.As indicated above, to obtain only linear mono-olefins selectively requires a very selective dehydrogenation catalyst, and the conversion is determined by the temperature, pressure, and molar ratio of the reactant hydrogen / linear paraffins. Increases, and decreases with higher pressure and hydrogen / linear paraffin ratio. In addition, the optimum yield can be obtained as a function of space velocity.The higher the space velocity, the lower the conversion rate due to failure to equilibrium, and the lower the space velocity, the lower the selectivity of the linear mono-olefin due to side reactions. Speed exists. Generally, dehydrogenation conditions of linear paraffin used are reaction temperature of 450 ~ 500 ℃, pressure of 1 ~ 2 atm, space velocity (LHSV) 10 ~ 20 h -1 , hydrogen to hydrocarbon molar ratio of 3 ~ 9, The hydrocarbon conversion obtained at this time is 10 to 18%, the mono-olefin selectivity is obtained about 80 to 95%.

직쇄형 파라핀 탈수소화 반응에 사용되는 대표적인 백금계 담지 촉매는 감마-알루미나에 담지된 백금(Pt)-주석(Sn)-리튬(Li) 촉매로서, 활성 성분은 고분산된 백금이지만 주석의 역할이 활성과 선택성, 그리고 촉매안정성에 매우 중요하다고 알려져 있다[미국특허 제 4973779호].The representative platinum-based supported catalysts used in the linear paraffin dehydrogenation reaction are platinum (Pt) -tin (Sn) -lithium (Li) catalysts supported on gamma-alumina. The active ingredient is highly dispersed platinum but does not play a role in tin. It is known to be very important for activity, selectivity, and catalyst stability (US Pat. No. 4973779).

감마-알루미나 담체는 탈수소 촉매에서 백금의 분산을 안정화하는데 최적의 담체로 알려져 있다. 촉매의 안정성이 감소하는 요인으로는 탄소 침적물의 발생, 즉 코킹에 의한 활성점 미세 표면과 반응물과의 접촉 효율의 감소와 반응 혹은 후의 활성성분들 간의 소결에 의한 활성표면과 반응물과의 접촉 면적의 감소 등에 의해 발생한다. 백금(Pt)-주석(Sn) 촉매에서 주석의 역할은 주석이 수식된 백금계 촉매는 주석의 첨가에 의해 작은 백금 입자로 담체 표면에 고분산 될 수 있고, 백금의 활성을 크게 변화시켜 코크 전구체가 백금 표면에 흡착되는 것을 봉쇄하며, 코 크 전구체를 담체상으로 이동시켜 결국에는 활성점의 비활성화를 막을 수 있게 되는 것으로 알려져 있다. 또한, 탈수소화 촉매에서 촉매의 산점은 직쇄형 파라핀의 C-C 결합의 수소화 분해 반응을 촉진시켜 촉매의 선택성을 떨어뜨리고 촉매 비활성화를 유발하기 때문에 리튬과 같은 알칼리 금속이 담체의 산점을 중화시키기 위해 흔히 첨가된다.Gamma-alumina carriers are known as optimum carriers for stabilizing the dispersion of platinum in dehydrogenation catalysts. Factors that reduce the stability of the catalyst include the generation of carbon deposits, that is, the contact area between the active surface and the reactant by reducing the contact efficiency between the active site microsurface and the reactant by caulking and sintering between the reaction or subsequent active ingredients. Caused by a decrease or the like. The role of tin in the platinum (Pt) -tin (Sn) catalyst is that tin-modified platinum-based catalysts can be highly dispersed on the surface of the carrier with small platinum particles by the addition of tin, and the activity of platinum is greatly changed to make coke precursors. Is known to block adsorption on the platinum surface and to move the coke precursor onto the carrier, which in turn prevents the deactivation of the active site. In addition, since the acid point of the catalyst in the dehydrogenation catalyst promotes the hydrocracking reaction of the CC bonds of the straight-chain paraffins, degrading the selectivity of the catalyst and causing catalyst deactivation, alkali metals such as lithium are often added to neutralize the acid point of the carrier. do.

한편, 직쇄형 파라핀 탈수소화 반응의 촉매에 관한 종래 기술을 살펴보면 이제까지 주로 세 가지 측면에 초점이 맞춰져 왔다. 첫째로는 백금 및 조촉매의 고분산에 활용될 수 있는 담체 입자의 효율적인 제조 방법, 둘째는 탈수소 촉매의 활성 및 선택성을 높이기 위한 백금 및 조촉매의 고분산 방법, 셋째는 탈수소 촉매 비활성화를 억제할 수 있는 촉매의 제조방법 등에 관한 세 가지가 있다.On the other hand, looking at the prior art of the catalyst of the linear paraffin dehydrogenation reaction has been focused mainly on three aspects so far. First, an efficient method for producing carrier particles that can be utilized for high dispersion of platinum and promoter, and second, a high dispersion method of platinum and promoter for enhancing activity and selectivity of dehydrogenation catalyst, and third, to inhibit dehydrogenation catalyst deactivation. There are three methods for producing a catalyst that can be used.

먼저, 백금계 탈수소 촉매 담체로는 구형의 알루미나 담체가 널리 이용되고 있는데 직쇄형 파라핀 탈수소화 반응에는 촉매활성 성분의 고분산 담지와 탈수소 공정에의 적용성을 높이기 위해 일반적으로 0.5 g/mL 이하의 저밀도, 100 ㎡/g 이상의 고표면적, 큰 세공크기와 높은 세공부피를 갖는 알루미나 담체의 특성이 요구된다[미국특허 제 2,620,314호, 제 5,358,920호].First, spherical alumina carriers are widely used as platinum-based dehydrogenation catalyst carriers. In the case of linear paraffin dehydrogenation reactions, in order to increase the high dispersion of the catalytically active component and the applicability to the dehydrogenation process, it is generally 0.5 g / mL or less. Properties of alumina carriers having low density, high surface area of 100 m 2 / g or more, large pore size and high pore volume are required (US Pat. Nos. 2,620,314, 5,358,920).

포화 탄화수소의 탈수소화 촉매의 반응의 전환율과 선택도를 증가시키기 위하여 미국특허 제 4,608,360호에서는, 촉매 성분들을 표면적이 크고 세공부피가 큰 다공성 감마 알루미나에 연속적인 함침법에 의해 담지하는 방법이 사용되었다. 미국특허 제 4,914,075호에는, Pt-Sn/Al2O3 촉매에서 코크 생성 완화를 위해 감마-알 루미나의 산점을 약화시키기 위하여 조촉매인 알카리 금속이나 토금속을 담지하여 제조하는 방법이 예시되어 있다. 그리고, 미국특허 제 3,531,543호, 제 3,725,304호, 제 4,070,403호에서는, C2 ~ C30 범위의 파라핀 탄화수소의 탈수소 촉매 성분으로 백금(Pt), 주석(Sn), 리튬, 그리고 담체로서 감마-알루미나(γ-Al2O3)의 사용을 보고하고 있다.In order to increase the conversion and selectivity of the reaction of the dehydrogenation catalyst of saturated hydrocarbons, U.S. Patent No. 4,608,360 used a method of supporting the catalyst components by continuous impregnation in porous gamma alumina having a large surface area and a large pore volume. . U.S. Patent No. 4,914,075 exemplifies a method of supporting and preparing an alkali or earth metal which is a promoter to weaken the acidic point of gamma-alumina for coke formation mitigation in a Pt-Sn / Al 2 O 3 catalyst. And, U.S. Patent No. 3,531,543, 1 - 3,725,304 arc, in the 4,070,403 Ho, C 2 ~ a dehydrogenation catalyst component of the paraffin hydrocarbon of C 30 range platinum (Pt), tin (Sn), a lithium, and a support of gamma-alumina ( γ-Al 2 O 3 ) has been reported.

또한, 미국특허 제 3,998,900호, 제 4,430,517호, 제 4,608,360호, 제 4,677,237호에서는, 탈수소 촉매로서 활성 성분인 백금, 조촉매로서 주석(Sn) 또는 인듐(In), 그리고 리튬(Li) 또는 칼륨(K)을 담체의 산성도를 낮추는 첨가제로 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 많은 경우 백금계 촉매의 일반적인 제조방법으로 구형 감마-알루미나 표면과 내부에 백금과 주석 또는 조촉매 성분의 농도가 상대적으로 균일하게 분포하도록 유도하는 균일 함침법(Uniform impregnation)이 제시되었다.In addition, U.S. Patent Nos. 3,998,900, 4,430,517, 4,608,360 and 4,677,237 disclose platinum, which is an active ingredient as a dehydrogenation catalyst, tin (Sn) or indium (In) as a promoter, and lithium (Li) or potassium ( K) is used as an additive to lower the acidity of the carrier. In many cases, uniform impregnation has been proposed to induce relatively uniform distribution of platinum and tin or cocatalyst components on and within spherical gamma-alumina as a general method for preparing a platinum-based catalyst.

그러나, 촉매 활성점에서 반응물이나 생성물의 과도한 노출로 인해 특정한 부반응이 촉진되어 올레핀 선택성이 떨어지는 것을 막기 위해 기존 백금계 촉매의 제조방법인 균일 함침법 대신에 표면 함침법(Surface impregnation)을 사용하여 제조된 백금계 촉매가 제안되기도 하였다. 예를 들면, 미국특허 제 4,716,143호에서는, 백금족 금속이 감마-알루미나 담체 표면 400 ㎛ 이내에 담지되는 촉매를 기술하고 있고 비슷하게 미국특허 제 4,786,625호에서는, 백금은 담체의 표면에 그리고 조촉매 성분은 담체 전체에 균일하게 분포하는 촉매를 제시하고 있었으나, 이 경우 에도 주석 성분은 담체 표면과 내부 전체적으로 분포되기 때문에 백금과의 조촉매 작용을 위해 사용되는 주석 성분 이외에 여분의 주석이 더 첨가되어야 한다.However, surface impregnation is used instead of the uniform impregnation method, which is a conventional method for preparing a platinum-based catalyst, to prevent specific side reactions from being promoted due to excessive exposure of reactants or products at the catalyst active point, thereby decreasing olefin selectivity. Platinum based catalysts have been proposed. For example, US Pat. No. 4,716,143 describes a catalyst wherein a platinum group metal is supported within 400 μm of the gamma-alumina carrier surface and similarly US Pat. No. 4,786,625 describes that platinum is present on the surface of the carrier and the promoter component is the entire carrier. Although a uniformly distributed catalyst was proposed in this case, even in this case, since the tin component is distributed throughout the surface and the inside of the carrier, extra tin should be added in addition to the tin component used for the cocatalyst action with platinum.

또한, 담체 내부(inner core)와 표면(outer layer 또는 shell)의 조성이나 특성이 서로 다른 이층형 담체 위에 촉매 활성성분이 담지 되어 있는 촉매나 촉매의 제조방법들도 오래 전부터 제시되어 왔는데, 최근에는 이러한 유형의 담체를 사용한 백금계 촉매가 탄화수소 탈수소 공정에 양호한 촉매활성 및 안정성을 나타낸다는 특허가 보고되었다. 예를 들면 미국특허 제 6,177,381 B1호에서는, 알파-알루미나와 같은 소재를 담체 내부 물질로 사용하고 분무법으로 감마-알루미나와 같은 내열성(Refractory) 무기 산화물을 표면에 코팅한 2층형 담체의 표면에 백금과 주석, 그리고 리튬을 균일하게 분산시킨 촉매가 탄화수소 탈수소 반응의 선택성과 촉매의 내구성을 향상시킨다는 특징을 보고하였고 유기결합제인 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol)을 사용하여 알파-알루미나와 감마-알루미나를 결합시킬 때 촉매의 마모도를 향상시키는 방법을 기재하고 있다.In addition, a catalyst or a method for preparing a catalyst in which a catalyst active ingredient is supported on a two-layer carrier having different compositions or properties of an inner core and an outer layer or shell has been proposed for a long time. Patents have reported that platinum based catalysts using this type of carrier show good catalytic activity and stability in hydrocarbon dehydrogenation processes. For example, in US Pat. No. 6,177,381 B1, platinum and phosphorus are applied to the surface of a two-layered carrier in which a material such as alpha-alumina is used as a carrier internal material and a coating of a refractory inorganic oxide such as gamma-alumina is sprayed onto the surface. It has been reported that a uniformly dispersed tin and lithium catalyst improves the selectivity of the hydrocarbon dehydrogenation reaction and the durability of the catalyst. A polyvinyl alcohol, an organic binder, is used to bind alpha-alumina and gamma-alumina. A method of improving the wear of the catalyst is described.

미국특허 제 6,280,608 B1호에서는, 미국특허 제 6,177,381 B1호에서 얻어진 촉매를 이용한 탄화수소의 수소화, 탈수소, 산화반응과 같은 탄화수소 전환공정, 미국특허 제 6,486,370 B1호에서는, 낮은 물 함량을 갖는 탈수소 조건에서 탄화수소의 탈수소 공정을 제시한 바 있다.In US Pat. No. 6,280,608 B1, hydrocarbon conversion processes such as hydrogenation, dehydrogenation, and oxidation of hydrocarbons using catalysts obtained in US Pat. No. 6,177,381 B1, US Pat. No. 6,486,370 B1 disclose hydrocarbons in dehydrogenation conditions with low water content. Has presented a dehydrogenation process.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래의 다공성 산화물 담체의 산점 형성으 로 인한 촉매가 비활성화와, 활성성분의 불균일한 분포 등의 문제가 개선된 새로운 탄화수소의 전환공정 촉매 및 제조 방법을 개발하고자 연구 노력하였다. 그 결과, 담체로 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물 표면에, 특정의 메조세공 범위를 가지는 다공성 알루미나가 코팅되어 산점이 최소화된 복합 담체를 활성 성분인 백금과 조촉매인 주석의 이원금속 착화합물에 담지하여 이루어진 백금계 촉매를 제조하여, 활성성분과 조촉매가 균일하게 분포되어 낮은 함량에도 활성이 크게 저하되지 않음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors endeavor to develop a new hydrocarbon conversion process catalyst and method for producing a catalyst in which the catalyst due to the acid point formation of the conventional porous oxide carrier is deactivated and the heterogeneous distribution of active ingredients is improved. It was. As a result, a porous carrier having a specific mesoporous range is coated on the surface of the non-porous high density ceramic oxide with a carrier, and the composite carrier having a low acid point is supported on a binary metal complex of platinum as an active ingredient and tin as a promoter. By preparing a platinum-based catalyst, it was found that the active ingredient and the cocatalyst are uniformly distributed so that the activity is not significantly reduced even at a low content, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명은 활성이 저하없이 높은 전환율로, 부반응물의 생성을 감소하면서 탈수소화 반응에서 높은 선택성을 나타내는 신규의 백금계 탄화수소 전환공정용 촉매를 제공하는 데 그 목적이 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a novel catalyst for platinum-based hydrocarbon conversion, which exhibits high selectivity in the dehydrogenation reaction while reducing the production of side reactants at high conversion rates without degrading activity.

또한, 본 발명은 건조 시 마이크로파를 이용하여 활성성분과 조촉매의 효율적인 분산을 유도하는 상기 신규의 메조세공형 백금계 탄화수소 전환공정용 촉매의 제조 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a method for preparing the novel mesoporous platinum-based hydrocarbon conversion process which induces efficient dispersion of an active ingredient and a promoter by using microwaves during drying.

본 발명은 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물 표면에, 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖는 메조세공 크기의 다공성 알루미나가 코팅되어 이루어진 복합 담체에, The present invention provides a composite carrier comprising a porous alumina of mesoporous size having a specific surface area of 40 m 2 / g or more on a non-porous high density ceramic oxide surface,

활성 성분인 백금과 조촉매인 주석의 이원금속가 담지된 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매에 그 특징이 있다.The catalyst is characterized by a platinum-based hydrocarbon conversion process carrying a binary metal of platinum as an active ingredient and tin as a promoter.

또한, 본 발명은 알루미나 졸 90 ~ 100 중량%, 지르코니아 졸 또는 타이타니아 졸 0 ~ 10 중량% 가 함유된 혼합용액에, 상기 혼합 용액 100 중량부에 대하여 유기산 0.5 ~ 10 중량부 및 수용성 고분자 0.1 ~ 5 중량부가 함유된 알루미나 혼합용액을, 고밀도 세라믹 산화물 표면에 코팅하여 복합 담체를 제조하는 1 단계;In addition, the present invention is a mixed solution containing 90 to 100% by weight of alumina sol, 0 to 10% by weight of zirconia sol or titania sol, 0.5 to 10 parts by weight of organic acid and 0.1 to 5 parts of water-soluble polymer with respect to 100 parts by weight of the mixed solution. 1 step of preparing a composite carrier by coating the alumina mixed solution containing parts by weight on the surface of the high-density ceramic oxide;

상기 1 단계 복합 담체 100 중량부에 대하여, 알콜에 용해된 백금 염화물 0.1 ~ 10 중량부, 주석 염화물 0.1 ~ 20 중량부 및 무기산 1 ~ 10 중량부를 첨가한 후, 25 ~ 80 ℃의 온도에서 반응시켜 백금-주석의 착화합물 용액을 형성하는 2 단계; 및To 100 parts by weight of the one-step composite carrier, 0.1 to 10 parts by weight of platinum chloride dissolved in alcohol, 0.1 to 20 parts by weight of tin chloride and 1 to 10 parts by weight of inorganic acid were added, followed by reaction at a temperature of 25 to 80 ° C. Forming a platinum-tin complex solution; And

상기 2 단계의 백금-주석의 착화합물 용액에 1단계의 복합 담체를 담지시켜 100 ~ 1500 W 전력범위에서 30 초 ~ 10 분 동안 마이크로파를 조사하여 열처리 하는 3 단계;Three steps of heat treatment by irradiating microwaves for 30 seconds to 10 minutes in a power range of 100 to 1500 W by supporting a complex carrier of one step in the platinum-tin complex solution of two steps;

를 포함하여 이루어진 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매의 제조방법에 또 다른 특징이 있다.There is another feature in the method for producing a catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process comprising a.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 탄화수소의 탈수소화 반응시 전환율을 향상시켜, 부반응은 저해하면서 직쇄형 파라핀 탄화수소의 선택성이 높은 신규의 메조세공형 백금계 탄화수소 전환 공정 촉매와 이의 제조방법 그리고 및 이를 이용한 탄화수소의 전환 공정에 관한 것이다.The present invention provides a novel mesoporous platinum-based hydrocarbon conversion process catalyst having a high selectivity for linear paraffin hydrocarbons while improving the conversion rate during the dehydrogenation reaction of hydrocarbons and inhibiting side reactions, and a method for preparing the same and a hydrocarbon conversion process using the same. It is about.

먼저, 본 발명에 따른 신규의 백금계 촉매에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.First, the novel platinum-based catalyst according to the present invention will be described in more detail as follows.

본 발명의 촉매는 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물 표면을, 2 ~ 50 ㎚의 메조세공 크기 및 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖도록 조절된 다공성 알루미나가 코팅된 복합 담체에 활성 성분인 백금과 조촉매 성분인 주석을 마이크로파 조사 조건에서 담지시킨 것에 기술구성상의 가장 큰 특징이 있다.The catalyst of the present invention is a non-porous, high-density ceramic oxide surface, platinum and cocatalyst as active ingredients in a composite carrier coated with porous alumina adjusted to have a mesopore size of 2 to 50 nm and a specific surface area of 40 m 2 / g or more. The biggest feature of the technical construction is that the tin, which is a component, is supported on microwave irradiation conditions.

종래에는 상기 활성 성분과 조촉매의 분산도를 극대화하기 위한 목적으로 고표면적을 갖는 다공성 산화물인 알루미나를 담체로 많이 사용하였으나, 상기 담체의 표면 산점이 코크 형성을 비롯한 촉매의 비활성화의 원인으로 작용하였다. 이러한 문제를 방지하기 위하여 알칼리 금속 또는 토금속을 소량 첨가하여 산점을 중화하거나 주석 및 알루미나를 동시에 겔화시켜 주석이 골고루 분포된 알루미나 담체를 제조하여 사용하였다. 그러나 상기한 방법은 산점을 근본적으로 제거할 수 없기 때문에 상기 촉매를 이용하여 탄화수소의 탈수소화 공정을 수행하는 경우 방향족 화합물과 같은 부반응을 억제시키기에는 한계가 있었다.Conventionally, alumina, a porous oxide having a high surface area, has been used as a carrier for the purpose of maximizing dispersion of the active ingredient and the promoter, but the surface acid point of the carrier acted as a cause of deactivation of the catalyst including coke formation. . In order to prevent such a problem, a small amount of alkali metal or earth metal was added to neutralize the acid point or gelation of tin and alumina simultaneously to prepare an alumina carrier having evenly distributed tin. However, since the above method cannot remove the acid point fundamentally, there is a limit in suppressing side reactions such as aromatic compounds when the hydrocarbon is dehydrogenated using the catalyst.

또한, 저표면적의 고밀도 산화물 담체들은 산성도에 기인된 촉매의 비활성화는 피할 수 있으나, 활성성분과 조촉매 성분의 분산도를 크게 저하시키는 또 다른 문제가 있어 이는 거의 활용성이 없다.In addition, low surface area, high density oxide carriers can avoid the deactivation of the catalyst due to acidity, but there is another problem that greatly reduces the dispersion of the active ingredient and the promoter component, which is almost not useful.

본 발명은 상기 담체의 선택 사용의 중요성에 대하여 인지하고 이에 대하여 깊은 연구를 거듭한 결과, 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물을 코어로 하고 이의 표면을 2 ~ 50 ㎚의 메조세공 및 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖도록 조절된 다공성 알루미나가 코팅하는 셀 구조를 형성하면, 상기 고밀도 세라믹 산화물에 의해 산점 으로 인한 문제 발생은 형성되지 않으며, 다공성의 알루미나가 코팅되어 일정 성분비로 함유되어 활성성분과 조촉매의 분산도를 향상시킬 수 있다. 즉, 종래의 담체인 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물과 다공성 알루미나를 조합하는 단순한 혼합 형태가 아니라 특정 범위로 조절된 균일한 메조세공을 갖는 다공성 알루미나를 형성하여 반응물인 탄화수소의 이동을 원활히 하게 함으로써 모노 올레핀에 대한 높은 선택성과 코크형성에 의한 부반응을 억제시키는 효과를 얻을 수 있다. 단순히 혼합하여 사용하는 경우에는 산점에 의한 코크 발생 및 감마 알루미나의 메조세공의 불균일성에 의한 반응물의 접근성의 용이하지 않은 문제가 발생하므로 본 발명이 목적으로 하는 효과를 얻을 수 없으며, 상기와 같이 비다공성의 코어의 표면을 2 ~ 50 ㎚의 균일한 메조세공과 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖도록 조절된 다공성의 셀이 코팅한 구조를 형성하는 경우에만 가능하다.The present invention recognizes the importance of the selective use of such a carrier and has conducted a thorough study on it. As a result, a non-porous, high density ceramic oxide is used as the core and its surface has a mesopore of 2 to 50 nm and 40 m 2 / g or more. When forming a cell structure coated with porous alumina adjusted to have a specific surface area, no problem occurs due to acid point by the high-density ceramic oxide, and the porous alumina is coated and contained in a certain component ratio to form active ingredients and promoters. The degree of dispersion can be improved. In other words, the monoolefin is made by forming a porous alumina having uniform mesopores controlled to a specific range rather than a simple mixed form combining a non-porous high-density ceramic oxide and a porous alumina as a conventional carrier to facilitate the movement of the reactant hydrocarbon. It is possible to obtain an effect of suppressing side reactions due to high selectivity and coke formation. In the case of simply mixing, the problem of coke generation due to acid point and accessibility of the reactants due to nonuniformity of mesopore of gamma alumina occurs, so that the effect of the present invention cannot be obtained. It is possible only if the surface of the core forms a structure coated with a uniform mesopore of 2 to 50 nm and a porous cell adjusted to have a specific surface area of 40 m 2 / g or more.

상기 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 예를 들면 마그네슘을 함유한 알루미나, 알루미나를 함유한 마그네슘 및 칼슘 알루미네이트 스핀넬 산화물, 뮬라이트(Mullite), 이트륨이 안정화된 지르코니아(YSZ), 칼슘이 안정화된 지르코니아(CSZ), 알루미나 및 코디어라이트(Cordierite) 중에서 선택 사용하는 것이 좋다. 보다 바람직하기로는 마그네슘을 함유한 알루미나를 사용하는 것이 좋으며, 상기 마그네슘은 5 중량% 이하를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우에는 구형 고밀도 담체의 기계적 강도가 약해지는 문제가 발 생하므로 상기 범위내의 마그네슘을 함유하는 알루미나를 사용하는 것이 좋다.The non-porous high-density ceramic oxide is generally used in the art, but is not particularly limited. Specifically, for example, alumina containing magnesium, magnesium and calcium aluminate spinel oxide containing alumina, mullite, It is preferred to use yttrium stabilized zirconia (YSZ), calcium stabilized zirconia (CSZ), alumina and cordierite. More preferably, it is preferable to use alumina containing magnesium, and the magnesium preferably contains 5% by weight or less. When the content of magnesium exceeds 5% by weight, a problem arises in that the mechanical strength of the spherical high density carrier is weakened. Therefore, it is preferable to use alumina containing magnesium in the above range.

상기 다공성 알루미나는 상기 복합 담체 중 0.5 ~ 10 중량%로 함유되며, 함유량이 0.5 중량% 미만이면 촉매 충진 기간 동안의 열적안정성의 문제가 발생하고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 활성촉매 층이 두꺼워져 반응성의 저하를 가져오는 문제가 발생한다. 또한 상기 알루미나이외에 지르코니아, 타이타니아 등의 전이금속이 하나이상 치환된 복합담체는 상기 전이금속 대비 알루미나는 0.05 ~ 5 : 99.95 ~ 95 몰비로 혼합되며, 상기 함량은 알루미나의 산점의 문제를 해결하는 범위로, 더욱 좋게는 0.05 ~ 1 : 99.95 ~ 99 몰비로 혼합된다.The porous alumina is contained in 0.5 ~ 10% by weight of the composite carrier, if the content is less than 0.5% by weight, the problem of thermal stability during the filling period of the catalyst, if the content exceeds 10% by weight the active catalyst layer is thick Problem occurs that leads to a decrease in reactivity. In addition, in the composite carrier in which at least one transition metal such as zirconia and titania is substituted in addition to the alumina, the alumina is mixed in a molar ratio of 0.05 to 5: 99.95 to 95 with respect to the transition metal, and the content is in a range to solve the problem of acid point of alumina. More preferably 0.05 to 1: 99.95 to 99 molar ratio.

이러한 다공성 알루미나는 메조크기, 바람직하기로는 2 ~ 50 ㎚의 세공을 가지는 것이 좋으며, 상기 세공크기가 2 ㎚ 미만이면 반응물의 이동에 문제가 발생하고, 50 ㎚를 초과하는 경우에는 메조세공에 의한 세공조절의 효과를 기대하기 어려운 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 또한 다공성 알루미나의 비표면적은 최소한 40 m2/g 이상의 값을 가지는 것이 좋으며, 상기 비표면적이 40 m2/g 이하이면 메조세공에 의한 담지 금속의 고분산 효과를 얻을 수 없는 문제가 발생한다.The porous alumina preferably has a meso size, preferably 2 to 50 nm of pores, and if the pore size is less than 2 nm, problems occur in the movement of the reactants. It is desirable to maintain the above range because there is a problem that it is difficult to expect the effect of the adjustment. In addition, it is preferable that the specific surface area of the porous alumina has a value of at least 40 m 2 / g or more, and when the specific surface area is 40 m 2 / g or less, a problem that high dispersion effect of the supported metal by mesoporous may not be obtained.

상기한 알루미나의 코팅용액은 알루미나 졸 90 ~ 100 중량%, 지르코니아 또는 타이타니아 졸 0 ~ 10 중량% 에, 고밀도 세라믹 담체에 용이한 접착을 용이하게 하기 위하여 유기산과 수용성 고분자를 혼합 사용한다. 상기 유기산은 예를 들면 구연산, 타르타르산 및 올레익산 등을 선택 사용할 수 있으며, 상기 알루미나 용액 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 좋다. 또한 상기 수용성 고분자는 메틸셀룰로우즈 또는 에틸렌글리콜을 사용할 수 있으며, 상기 알루미나 용액 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋다.The coating solution of the alumina is mixed with 90 to 100% by weight of alumina sol, 0 to 10% by weight of zirconia or titania sol, and mixed with an organic acid and a water-soluble polymer to facilitate easy adhesion to a high density ceramic carrier. For example, citric acid, tartaric acid, and oleic acid may be selected as the organic acid, and 0.5 to 10 parts by weight may be used based on 100 parts by weight of the alumina solution. In addition, the water-soluble polymer may be used methyl cellulose or ethylene glycol, it is preferable to use 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the alumina solution.

상기 유기산과 수용성 고분자는 필수 성분이 아니라 상기한 효과를 발현하기 위하여 추가적으로 부가되는 성분으로, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 상대적으로 필수성분인 알루미나 성분의 함량이 저하되므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The organic acid and the water-soluble polymer are not essential components but are additionally added to express the above effects. When the organic acid and the water-soluble polymer are out of the above range, the content of the alumina component, which is a relatively essential component, is lowered, so it is preferable to maintain the range.

또한, 상기 알루미나 복합담체의 균일한 메조세공을 조절하기 위해서 코팅용액에 계면활성제를 추가하여 사용한다. 상기 계면활성제는 이온성 계면활성제, 양쪽성 고분자 계면활성제 및 플로닉(Pluronic) 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 상기 이온성 계면활성제는 CnH2n +1N(CH3)3X와 CnH2n +1N(C2H5)3X 계열(이때, n = 8 ~ 22의 정수, X = Cl, Br, I 또는 F등의 할로겐 원자), 양쪽성 고분자 계면활성제는 CnH2n+1(OCH2CH2)xOH 계열(이때, n = 12 ~ 23의 정수, x = 0 ~ 100의 정수), 플로닉(Pluronic)은 (EO)x(PO)y(EO)x 계열(이때, 20 < x < 120, 20 < y < 120)을 사용할 수 있으며, 이들 계면활성제는 상기 코팅용액 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부 사용한다. 상기 계면활성제 사용량이 1 중량부 미만이면 그 양이 너무 미미하여 목적으로 하는 효과 발현이 저조하며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 점도의 급격한 증가에 의해 코팅시 균일성의 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.In addition, in order to control uniform mesopores of the alumina composite carrier, a surfactant is added to the coating solution. The surfactant may be selected from ionic surfactants, amphoteric polymer surfactants, and Pluronic. The ionic surfactant is C n H 2n +1 N (CH 3 ) 3X and C n H 2n +1 N (C 2 H 5 ) 3X series (where n = an integer from 8 to 22, X = Cl, Br And halogen atoms such as I or F), and amphoteric polymer surfactants are C n H 2n + 1 (OCH 2 CH 2 ) x OH series (wherein n is an integer from 12 to 23, and an integer is x = 0 to 100). , Pluronic (EO) x (PO) y (EO) x series (20 <x <120, 20 <y <120) can be used, these surfactants are 100 parts by weight of the coating solution 1 to 10 parts by weight relative to the use. If the amount of the surfactant is less than 1 part by weight, the amount is too small to exhibit the desired effect, and if the amount exceeds 10% by weight, the problem of uniformity occurs during coating due to the rapid increase in viscosity, thereby maintaining the above range. Good to do.

이와 같이 제조된 코팅용액은 소성 후 고밀도 세라믹 산화물의 표면에 20 ~ 500 ㎛ 크기의 두께로 코팅되어지며, 상기 두께가 20 ㎛ 미만이면 반응 시 열적 안정성의 문제가 있고, 500 ㎛를 초과하는 경우에는 반응물의 확산문제가 발생한다.The coating solution prepared as described above is coated with a thickness of 20 to 500 μm on the surface of the high density ceramic oxide after firing. If the thickness is less than 20 μm, there is a problem of thermal stability during the reaction. Problems with diffusion of reactants occur.

이상에서 제조된 복합 담체를 활성성분인 백금과 조촉매 성분인 주석이 일정성분비로 함유된 착화합물 용액에 담지시켜 메조세공 백금계 촉매를 제조하였다.The composite carrier prepared above was supported on a complex compound solution containing platinum as an active ingredient and tin as a cocatalyst component in a predetermined ratio to prepare a mesoporous platinum-based catalyst.

상기 담체를 담지시키는 방법은 당 분야에서 사용되는 촉매의 제조에 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으며, 본 발명에서는 함침법을 사용한다.The method of supporting the carrier is not particularly limited to that used in the preparation of a catalyst used in the art, and the present invention uses an impregnation method.

상기 백금과 주석는 염화물, 질화물, 황화물 및 탄화물 등의 전구체 화합물로부터 유도되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 바람직하기로는 염화물을 사용하는 것이 좋으며, 이들 백금과 주석은 1 : 0.5 ~ 3.0 몰비로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 주석의 몰비가 0.5 몰비 미만이면 백금과 주석의 합금을 형성하기 어렵고 코크형성 가능성이 높고, 3.0 몰비를 초과하는 경우에는 코크 발생은 억제할 수 있지만 많은 양의 주석에 의해서 활성이 떨어지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다. 이때, 활성금속인 백금은 복합 담체 중에 0.03 ~ 5 중량% 함유되며, 상기 함유량이 0.03 중량% 미만이면 활성이 현격하게 떨어지고, 5 중량%를 초과하는 경우에는 경제성이 없는 문제가 발생한다.The platinum and tin are derived from precursor compounds such as chlorides, nitrides, sulfides, and carbides, but are not particularly limited. Preferably, chloride and tin are used, and these platinum and tin are preferably contained in a molar ratio of 1: 0.5 to 3.0. . If the molar ratio of tin is less than 0.5 molar ratio, it is difficult to form an alloy of platinum and tin, and there is a high possibility of coke formation, and when the molar ratio exceeds 3.0, coke generation can be suppressed, but a problem of inactivation is caused by a large amount of tin. Therefore, it is good to maintain the above range. At this time, platinum as an active metal is contained in the composite carrier 0.03 to 5% by weight, the activity is significantly reduced when the content is less than 0.03% by weight, when the content exceeds 5% by weight there is a problem that there is no economic efficiency.

상기 복합 담체 100 중량부에 대하여, 알콜에 용해된 백금 염화물 0.1 ~ 10 중량부, 주석 염화물 0.1 ~ 20 중량부 및 무기산 1 ~ 20 중량부를 첨가한 후, 반응시켜 백금-주석의 착화합물 용액을 형성한다.To 100 parts by weight of the composite carrier, 0.1 to 10 parts by weight of platinum chloride dissolved in alcohol, 0.1 to 20 parts by weight of tin chloride and 1 to 20 parts by weight of inorganic acid are added, followed by reaction to form a platinum-tin complex solution. .

상기 백금과 주석의 착화합물을 형성하기 위하여 사용되는 무기산은 예를 들면 황산, 질산 및 염산을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 염산을 사용한다. 상기 염산의 사용량이 1 중량부 미만 또는 10 중량부 초과시에는 착화물 형성이 이루어지지 않는 문제가 있으므로 상기 범위내에서 적정량 주입하는 것이 바람직하다.As the inorganic acid used to form the complex compound of platinum and tin, for example, sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acid may be used, and hydrochloric acid is used in the present invention. When the amount of the hydrochloric acid used is less than 1 part by weight or more than 10 parts by weight, the formation of a complex does not occur, so it is preferable to inject an appropriate amount within the above range.

상기 백금-주석 착화합물 용액 제조 시 반응 용매로 통상적인 알콜을 예를 들면, 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올을 사용할 수 있으며, 착화합물 용액 제조 시 반응기는 산에 의한 반응성 때문에 유리 반응기를 사용하는 것이 좋다. 또한, 반응온도는 25 ~ 80 ℃를 유지하는 바, 상기 반응온도를 벗어나는 경우에는 바람직한 Pt-Sn착화합물이 형성되지 문제가 있다.Conventional alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol may be used as reaction solvents in the preparation of the platinum-tin complex solution, and in the preparation of the complex solution, it is preferable to use a glass reactor because of the reactivity by acid. In addition, since the reaction temperature is maintained at 25 to 80 ° C., when the reaction temperature is out of the reaction temperature, a preferable Pt-Sn complex compound is not formed.

이상에서 제조된 백금-주석 착화합물 용액에 상기 복합 담체를 담지시키며, 이때, 담지 온도는 25 ~ 60 ℃를 유지한다. 그후에 상기 복합 담체가 담지된 촉매 전구체 용액을 진공증발기(Rotary Evaporator, Heidolph사 모델 4000)를 이용하여 100 mmHg 이하의 진공도와 40 ~ 80 ℃ 조건의 오일조(oil bath)에서 1 ~ 3시간 이상 증발시켜 Pt-Sn 전구체가 복합 담체 표면에 담지된 시료를 얻는다. 그러나, 진공증발기에서 건조한 복합 담체 표면상의 Pt-Sn 전구체에는 물과 알콜이 배위 되어 있어 추가적인 건조과정이 필요하게 되는데, 이때 일반적인 대류형 건조기에서의 촉매 건조의 경우 건조 시 담체 표면과 내부에서 물과 용매의 급격한 농도편차로 인해 촉매성분들의 균일한 분산이 용이하지 않고 더욱이 백금과 주석의 불균등한 분포로 인해 촉매활성 및 선택성 저하가 크게 일어남을 관찰하게 되었다.The composite carrier is supported on the platinum-tin complex solution prepared above, wherein the supporting temperature is maintained at 25 to 60 ° C. Thereafter, the catalyst precursor solution carrying the composite carrier was evaporated in an oil bath at a vacuum of 100 mmHg or less and a temperature of 40 to 80 ° C. using a vacuum evaporator (Rotary Evaporator, Model 4000). To obtain a sample in which the Pt-Sn precursor is supported on the surface of the composite carrier. However, the Pt-Sn precursor on the surface of the dried composite carrier in a vacuum evaporator is co-ordinated with water and alcohol, which requires an additional drying process. It was observed that the uniform dispersion of the catalyst components is not easy due to the rapid concentration deviation of the solvent, and further, the catalyst activity and the selectivity decrease greatly due to the uneven distribution of platinum and tin.

이에, 본 발명에서는 100 ~ 1500 W 범위에서 전력조절이 가능한 마이크로파 건조기를 사용하여 Pt-Sn 전구체가 복합 담체 표면에 담지된 시료를 시료의 양에 따라 30초 ~ 10분의 범위에서 마이크로파를 조사하여 백금-주석 성분의 균일 분산 을 유도한다. 상기 마이크로파의 전력범위가 100 W 미만이면 건조효과가 미미하고 1500 W를 초과하는 경우 저에너지 효율의 문제가 있으며, 또한 조사시간이 30 초 미만이며 충분한 건조의 효과가 없고, 10분을 초과하는 경우에는 Pt-Sn 전구체 사이의 소결(sintering) 문제가 발생한다. Thus, in the present invention, using a microwave dryer capable of power control in the range of 100 ~ 1500 W by irradiating microwaves in the range of 30 seconds to 10 minutes according to the amount of the sample of the Pt-Sn precursor is carried on the surface of the composite carrier Induces uniform dispersion of platinum-tin components. If the microwave power range is less than 100 W, the drying effect is insignificant, and if it exceeds 1500 W, there is a problem of low energy efficiency, and if the irradiation time is less than 30 seconds and there is no sufficient drying effect, and exceeds 10 minutes Sintering problems between Pt-Sn precursors occur.

또한, 마이크로파 건조기는 마이크로파 가열 중에 열풍을 분당 100 mL ~ 10 L의 범위로 불어넣을 수 있고, 배출기를 부착하여 가열 시 발생하는 염산 기체를 마이크로파 건조기 밖으로 배출시켜 염산기체의 표면 재 흡착을 방지시킨다. 마이크로파 건조기내에서의 촉매 처리 후 잔류하는 염소 농도를 측정했을 때 그 농도는 촉매 무게기준으로 0.2 % 이내인 것으로 확인되었으며, 마이크로파 가열 중에 공기를 열풍으로 통과시킬 때에는 촉매 건조는 물론 촉매소성 효과까지 얻을 수 있어 추가적인 소성처리는 불필요하게 되었다.In addition, the microwave dryer may blow hot air in the range of 100 mL to 10 L per minute during microwave heating, and attach a discharger to discharge the hydrochloric acid gas generated during heating out of the microwave dryer to prevent surface adsorption of hydrochloric acid gas. When the chlorine concentration remaining after the catalyst treatment in the microwave dryer was measured, the concentration was found to be within 0.2% based on the weight of the catalyst. When passing air through the hot air during microwave heating, the catalyst drying as well as the catalytic baking effect were obtained. As a result, no further firing was necessary.

상기와 같은 방법으로 얻어진 촉매는 500 ~ 650 ℃에서 2 ~ 6 시간동안 수소로 환원한 후 최종적으로 이원금속에 담지된 백금계 촉매가 제조된다.The catalyst obtained by the above method is reduced to hydrogen for 2 to 6 hours at 500 ~ 650 ℃ and finally a platinum-based catalyst supported on a binary metal is prepared.

상기 방법에 의해 제조된 신규의 탈수소 백금계 촉매의 표면의 산성도는 고표면적의 다공성 담체를 사용한 기존의 탈수소 촉매에 비해 크게 낮아져 표면 산점을 중화시키기 위해 종래와 같이 추가적으로 알칼리 금속을 첨가할 필요가 없게 된다. The acidity of the surface of the novel dehydrogenated platinum catalyst prepared by the above method is significantly lower than that of the conventional dehydrogenated catalyst using a high surface area porous carrier, so that there is no need to add an alkali metal as in the prior art to neutralize the surface acid point. do.

한편, 상기에서 제조된 백금계 촉매를 선택적 파라핀 탈수소화 반응에 적용할 수 있다. 상기 탈수소화 반응은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 공정으로 특별히 한정하지는 않으며, 일례로 본 발명에서는 다음과 같은 탈수소화 반응장치, 반응조건 및 촉매활성 측정방법 등의 조건에서 반응을 수행한다.On the other hand, the platinum-based catalyst prepared above can be applied to the selective paraffin dehydrogenation reaction. The dehydrogenation reaction is not particularly limited to a process commonly used in the art, for example, in the present invention, the reaction is carried out under conditions such as a dehydrogenation reaction apparatus, a reaction condition, and a method for measuring catalytic activity.

먼저, 본 발명에서 사용된 장치는 실험실에서 직접 제작한 전형적인 고정층 촉매 반응장치가 사용된다. 3/8 인치 크기의 스테인레스 스틸 반응기에, 반응 중에 촉매 분말이 반응기 하부로 가라앉는 것을 방지하기 위해 1 ㎛의 기공을 갖는 스테인레스 스틸 필터를 반응기 중간에 용접하여 고정시킨 후 그 위에 환원된 백금계 촉매 3 ~ 15 mL를 채운다. 액상의 탄화수소 반응물은 HPLC 펌프(ICI LC 1110)를 사용하여 정량적으로 반응기로 주입하며, 촉매 비활성화를 억제하기 위해 수소 기체는 유량조절 장치(Mass flow controller)를 사용하여 유입한다. 직쇄형 파라핀의 탈수소 반응조건은 반응온도가 400 ~ 500 ℃, 압력이 0.5 ~ 5기압, 공간속도 LHSV = 1 ~ 20 h-1, 수소 대 탄화수소 몰비 = 3 ~ 9의 범위에서 설정되었다. 이때, 상기 지방족 탄화수소 혼합물은 C10에서 C16까지의 직쇄형 탄화수소로 구성되어 있다. 그리고 반응전 후 탄화수소의 조성은 굴절률(Refractive Index) 검출기가 부착된 HPLC를 이용하여 분석하며, 이때 컬럼은 2개의 실리카 HPLC 컬럼을 직렬로 연결하여 사용하고, HPLC의 용출 용매는 이소-옥탄 탄화수소를 사용한다.First, the apparatus used in the present invention is a typical fixed bed catalyst reactor manufactured directly in the laboratory. In a 3/8 inch stainless steel reactor, a stainless steel filter having a pore size of 1 μm was welded and fixed in the middle of the reactor to prevent the catalyst powder from sinking to the bottom of the reactor during the reaction, followed by a reduced platinum based catalyst thereon. Fill 3 to 15 mL. Liquid hydrocarbon reactants are quantitatively injected into the reactor using an HPLC pump (ICI LC 1110) and hydrogen gas is introduced using a mass flow controller to suppress catalyst deactivation. Dehydrogenation conditions of the linear paraffin were set in the range of reaction temperature of 400 ~ 500 ℃, pressure of 0.5 ~ 5 atm, space velocity LHSV = 1 ~ 20 h -1 , hydrogen to hydrocarbon mole ratio = 3 ~ 9. At this time, the aliphatic hydrocarbon mixture is composed of C 10 to C 16 straight chain hydrocarbon. The composition of the hydrocarbon before and after the reaction was analyzed using HPLC with a refractive index detector. In this case, two silica HPLC columns were connected in series, and the elution solvent of HPLC used iso-octane hydrocarbon. use.

상기 반응은 종래와 거의 유사한 조건에서 수행한 것으로, 본 발명의 신규의 백금계 촉매를 사용한 경우 촉매활성 및 모노 올레핀 선택성이 향상되고, 부반응으로 생성되는 방향족 화합물의 양이 절반의 수준으로 저하되는 효과를 보인다.The reaction was carried out under conditions similar to those of the prior art. When the novel platinum-based catalyst of the present invention was used, catalytic activity and monoolefin selectivity were improved, and the amount of aromatic compounds produced by the side reaction was reduced to half. Seems.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

[실시예 1] 세라믹 담체의 제조Example 1 Preparation of Ceramic Carrier

감마-알루미나 분말 76 중량%에 벤토나이트(일본 Junsei 사) 1.6 중량%, 메틸셀룰로오즈 2.4 중량% 및 증류수 20 중량%를 혼합한 후, 회전식 구형 세라믹 성형기(rotary granulator)를 이용하여 직경 1.5 ~ 2.0 mm 크기의 구형 담체를 성형하고 120 ℃에서 5시간 건조시킨 후, 1100 ℃에서 12시간 소성하여 산화물 담체를 제조하였다.76% by weight of gamma-alumina powder was mixed with 1.6% by weight of bentonite (Junsei, Japan), 2.4% by weight of methyl cellulose and 20% by weight of distilled water, and then a size of 1.5-2.0 mm in diameter using a rotary granulator. The spherical carrier of was molded and dried at 120 ° C. for 5 hours, and then calcined at 1100 ° C. for 12 hours to prepare an oxide carrier.

상기에서 제조된 구형 담체를 1 N 묽은 질산 용액 속에서 70 ℃에서 1시간 동안 전처리한 후 증류수로 잔류하는 질산염이 거의 없도록 충분히 세척하고 120 ℃에서 12시간 건조하여 활성화된 산화물 표면을 형성하였다.The spherical carrier prepared above was pretreated in 1 N dilute nitric acid solution at 70 ° C. for 1 hour, and then sufficiently washed with little distillate with distilled water and dried at 120 ° C. for 12 hours to form an activated oxide surface.

[실시예 2] 세라믹 담체의 제조Example 2 Preparation of Ceramic Carrier

이트륨이 안정화된 지르코니아(YSZ) 분말 76 중량%에 벤토나이트(일본 Junsei 사) 1.6 중량%, 메틸셀룰로오즈 2.4 중량% 및 증류수 20 중량%를 혼합한 후, 회전식 구형 세라믹 성형기(rotary granulator)를 이용하여 직경 1.5 ~ 2.0 mm 크기의 구형 담체를 성형하고 120 ℃에서 5시간 건조시킨 후, 1100 ℃에서 12시간 소성하여 산화물 담체를 제조하였다.76% by weight of yttrium stabilized zirconia (YSZ) powder was mixed with 1.6% by weight of bentonite (Junsei, Japan), 2.4% by weight of methyl cellulose and 20% by weight of distilled water, and then a diameter was formed using a rotary spherical ceramic granulator. A spherical carrier having a size of 1.5 to 2.0 mm was molded, dried at 120 ° C. for 5 hours, and calcined at 1100 ° C. for 12 hours to prepare an oxide carrier.

상기에서 제조된 구형 담체를 1 N 묽은 질산 용액 속에서 70 ℃에서 1시간 동안 전처리한 후 증류수로 잔류하는 질산염이 거의 없도록 충분히 세척하고 120 ℃에서 12시간 건조하여 활성화된 산화물 표면을 형성하였다.The spherical carrier prepared above was pretreated in 1 N dilute nitric acid solution at 70 ° C. for 1 hour, and then sufficiently washed with little distillate with distilled water and dried at 120 ° C. for 12 hours to form an activated oxide surface.

[실시예 3] 다공성 알루미나 담지 백금계 촉매(촉매 A)Example 3 Porous Alumina Supported Platinum-Based Catalyst (Catalyst A)

알루미늄 이소프로폭사이드 54.11 g를 이소프로필 알콜 용매 200 g이 들어있는 500 mL 크기의 비이커에 넣고 상온에서 교반하면서 섞었다. 다른 비이커에 4.74 g 구연산(Citric acid)과 3.5 g의 에틸렌글리콜을 24 g의 증류수와 13 g의 진한 염산용액이 포함된 용액에 완전히 녹였다. 상기 두 용액을 혼합한 후, 80 ℃에서 3시간 교반하여 알루미늄 코팅용액을 제조하였다. 54.11 g of aluminum isopropoxide was placed in a 500 mL beaker containing 200 g of isopropyl alcohol solvent and mixed with stirring at room temperature. In another beaker, 4.74 g Citric acid and 3.5 g ethylene glycol were completely dissolved in a solution containing 24 g distilled water and 13 g concentrated hydrochloric acid solution. After mixing the two solutions, and stirred for 3 hours at 80 ℃ to prepare an aluminum coating solution.

이후에, 상기에서 제조된 알루미늄 용액을 상기 실시예 1에서 얻어진 구형의 마그네슘 알루미나 산화물 담체 위에 알루미나 산화물이 10 중량%를 갖도록 첨가한 후 진동형 교반기(Shaker)에서 3시간 교반 후 80 ℃에서 진공 증발시켰다. 다음으로, 120 ℃에서 5시간 건조, 600 ℃에서 6시간의 소성과정을 거쳐 알루미나/마그네슘 알루미네이트 복합 담체를 제조하였다. Thereafter, the aluminum solution prepared above was added to the alumina oxide having a weight of 10% by weight on the spherical magnesium alumina oxide carrier obtained in Example 1, and then stirred in a vibratory shaker for 3 hours and then vacuum evaporated at 80 ° C. . Next, an alumina / magnesium aluminate composite carrier was prepared by drying at 120 ° C. for 5 hours and firing at 600 ° C. for 6 hours.

다음 도 1은 상기에서 제조된 코팅 용액을 사용하여 형성된 분말의 BET 등온 흡탈착그래프를 나타내는 것으로, 다공성의 나노세공을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 상기 제조된 촉매의 BET분석 결과 평균 비표면적이 108 m2/g 임을 확인하였다.Next Figure 1 shows the BET isothermal adsorption and desorption graph of the powder formed using the coating solution prepared above, it was confirmed that the porous nanopores. BET analysis of the prepared catalyst confirmed that the average specific surface area was 108 m 2 / g.

상기에서 제조된 알루미나/마그네슘 알루미네이트 복합 담체에, 활성성분인 백금과 조촉매인 주석이 함유된 촉매(촉매 A)를 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 이때, 백금과 주석의 활성성분이 동시에 함유되어 있는 화합물로서 red trans-PtCl2(SnCl3)2라는 백금-주석 착화합물이 촉매의 제조에 사용하였다.In the alumina / magnesium aluminate composite carrier prepared above, a catalyst (catalyst A) containing platinum as an active ingredient and tin as a cocatalyst was prepared by the following method. At this time, a platinum-tin complex compound called red trans-PtCl 2 (SnCl 3 ) 2 was used in the preparation of the catalyst as a compound containing the active ingredient of platinum and tin at the same time.

상기 착화합물은 0.223 g의 백금염(H2PtCl6·xH2O)과 0.194 g의 염화제이주석수화물(SnCl2·2H2O)을 먼저 50 mL 에탄올 용매에 섞고 여기에 1N 염산 수용액 300 mL를 첨가하여 제조하였다.The complex compound was first mixed with 0.223 g of platinum salt (H 2 PtCl 6 .xH 2 O) and 0.194 g of dibasic dichloride (SnCl 2 · 2H 2 O) in a 50 mL ethanol solvent, followed by 300 mL of 1N aqueous hydrochloric acid solution. Prepared by addition.

상기에서 제조된 백금-주석 착화합물 용액에, 120 ℃에서 건조된 50 g의 복합 담체를 첨가하여 진동형 교반기(Shaker)에서 3시간 교반한 후 80 ℃에서 진공 증발시켰다. 그런 다음 열풍기와 배출기를 장착한 마이크로파 건조기에 촉매를 옮겨 놓고 마이크로파 전력을 1200 W에 맞춘 후, 마이크로파를 5분간 조사하여 백금계 촉매를 건조 및 소성하였다.To the platinum-tin complex solution prepared above, 50 g of a composite carrier dried at 120 ° C. was added thereto, stirred for 3 hours in a shaker, and evaporated in vacuo at 80 ° C. Then, the catalyst was transferred to a microwave dryer equipped with a hot air blower and an ejector, the microwave power was adjusted to 1200 W, the microwave was irradiated for 5 minutes, and the platinum-based catalyst was dried and calcined.

상기에서 얻어진 백금계 촉매를 유도결합플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 원소분석을 통해 함량을 조사하였을 때, 0.16 중량%의 백금과 0.21 중량%의 주석이 함유되어 있음을 확인할 수 있었다.When the content of the platinum-based catalyst obtained above was investigated through elemental analysis of inductively coupled plasma (ICP), it was confirmed that 0.16% by weight of platinum and 0.21% by weight of tin were contained.

[실시예 4] 다공성 지르코늄-알루미나 담지 백금계 촉매(촉매 B)Example 4 Porous Zirconium-Alumina Supported Platinum-Based Catalyst (Catalyst B)

알루미늄 이소프로폭사이드 52.31 g과 지르코늄 옥시염소화합물(ZrOCl2·8H2O) 2.037 g을 이소프로필 알콜 용매 200 g이 들어있는 500 mL 크기의 비이커에 넣고 상온에서 교반하면서 섞었다. 다른 비이커에 4.74 g 구연산(Citric acid)과 3.5 g의 에틸렌글리콜을 24 g의 증류수와 13 g의 진한 염산용액이 포함된 용액에 완전히 녹였다. 상기 두 용액을 혼합한 후, 80 ℃에서 3시간 교반하여 지르코늄-알루미늄(Al:Zr=95:5 몰비) 코팅용액을 제조하였다. 52.31 g of aluminum isopropoxide and 2.037 g of zirconium oxychlorine compound (ZrOCl 2 · 8H 2 O) were added to a 500 mL beaker containing 200 g of isopropyl alcohol solvent and mixed at room temperature with stirring. In another beaker, 4.74 g Citric acid and 3.5 g ethylene glycol were completely dissolved in a solution containing 24 g distilled water and 13 g concentrated hydrochloric acid solution. After the two solutions were mixed, the mixture was stirred at 80 ° C. for 3 hours to prepare a zirconium-aluminum (Al: Zr = 95: 5 molar ratio) coating solution.

이후에, 상기에서 제조된 지르코늄-알루미늄 용액을 상기 실시예 1에서 얻어진 구형의 마그네슘 알루미네이트 산화물 담체 위에 지르코늄-알루미나 산화물이 10 중량%를 갖도록 첨가한 후 진동형 교반기(Shaker)에서 3시간 교반 후 80 ℃에서 진공 증발시켰다. 다음으로, 120 ℃에서 5시간 건조, 600 ℃에서 6시간의 소성과정을 거쳐 지르코늄-알루미나/마그네슘 알루미네이트 복합 담체를 제조하였다. 상기 제조된 코팅용액을 사용하여 형성된 분말의 평균 비표면적은 103 m2/g 임을 확인하였다.Thereafter, the zirconium-aluminum solution prepared above was added to the zirconium-alumina oxide having a weight of 10% by weight on the spherical magnesium aluminate oxide carrier obtained in Example 1, followed by stirring for 3 hours in a vibratory shaker. Vacuum evaporated at ° C. Next, a zirconium-alumina / magnesium aluminate composite carrier was prepared by drying at 120 ° C. for 5 hours and firing at 600 ° C. for 6 hours. It was confirmed that the average specific surface area of the powder formed using the prepared coating solution was 103 m 2 / g.

상기에서 제조된 지르코늄-알루미나/마그네슘 알루미네이트 복합 담체에, 활성성분인 백금과 조촉매인 주석이 함유된 촉매(촉매 B)를 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 이때, 백금과 주석의 활성성분이 동시에 함유되어 있는 화합물로서 red trans-PtCl2(SnCl3)2라는 백금-주석 착화합물이 촉매의 제조에 사용하였다. In the zirconium-alumina / magnesium aluminate composite carrier prepared above, a catalyst (catalyst B) containing platinum as an active ingredient and tin as a promoter was prepared by the following method. At this time, a platinum-tin complex compound called red trans-PtCl 2 (SnCl 3 ) 2 was used in the preparation of the catalyst as a compound containing the active ingredient of platinum and tin at the same time.

상기 착화합물은 0.223 g의 백금염(H2PtCl6·xH2O)과 0.194 g의 염화제이주석수화물(SnCl2·2H2O)을 먼저 50 mL 에탄올 용매에 섞고 여기에 1N 염산 수용액 300 mL를 첨가하여 제조하였다.The complex compound was first mixed with 0.223 g of platinum salt (H 2 PtCl 6 .xH 2 O) and 0.194 g of dibasic dichloride (SnCl 2 · 2H 2 O) in a 50 mL ethanol solvent, followed by 300 mL of 1N aqueous hydrochloric acid solution. Prepared by addition.

상기에서 제조된 백금-주석 착화합물 용액에, 120 ℃에서 건조된 50 g의 복합 담체를 첨가하여 진동형 교반기(Shaker)에서 3시간 교반한 후 80 ℃에서 진공 증발시켰다. 그런 다음 열풍기와 배출기를 장착한 마이크로파 건조기에 촉매를 옮겨 놓고 마이크로파 전력을 1200 W에 맞춘 후, 마이크로파를 5분간 조사하여 백금계 촉매를 건조 및 소성하였다.To the platinum-tin complex solution prepared above, 50 g of a composite carrier dried at 120 ° C. was added thereto, stirred for 3 hours in a shaker, and evaporated in vacuo at 80 ° C. Then, the catalyst was transferred to a microwave dryer equipped with a hot air blower and an ejector, the microwave power was adjusted to 1200 W, the microwave was irradiated for 5 minutes, and the platinum-based catalyst was dried and calcined.

상기에서 얻어진 백금계 촉매를 유도결합플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 원소분석을 통해 함량을 조사하였을 때, 0.16 중량%의 백금과 0.20 중량%의 주석이 함유되어 있음을 확인할 수 있었다.When the content of the platinum-based catalyst obtained above was investigated through elemental analysis of inductively coupled plasma (ICP), it was confirmed that 0.16% by weight of platinum and 0.20% by weight of tin were contained.

[실시예 5] 계면활성제를 이용한 다공성 알루미나 담지 백금계 촉매(촉매 C)Example 5 Porous Alumina Supported Platinum Catalyst Using Catalyst (Catalyst C)

상기 실시예 1의 세라믹 복합 담체 표면에 중성의 고분자 계면활성제를 추가로 사용하여 메조 세공형 알루미나 담체를 제조하였다.A mesoporous alumina carrier was prepared by further using a neutral polymer surfactant on the surface of the ceramic composite support of Example 1.

40.65 g의 알루미늄 이소프로폭사이드, 50 g의 이소프로필 알콜 및 30 g의 진한염산(37 중량% HCl 함유)의 혼합용액을 환류 냉각기가 부착된 250 mL 크기의 둥근 플라스크 반응기에 넣고 85 ℃에서 5시간 혼합시킨 후, 상온으로 냉각하였다. 상기에서 냉각된 혼합용액에 10 g의 고분자 계면활성제(BASF사 상품명, Pluronic F127; (EO)106(PO)70(EO)106)와, 5 g의 첨가제(Aldrich, PPO; Poly(propylene oxide))를 첨가한 후, 상온에서 2시간 교반하여 졸 용액을 제조하였다.A mixed solution of 40.65 g of aluminum isopropoxide, 50 g of isopropyl alcohol and 30 g of concentrated hydrochloric acid (containing 37% by weight HCl) was placed in a 250 mL round flask reactor equipped with a reflux condenser and 5 at 85 ° C. After mixing for time, the mixture was cooled to room temperature. 10 g of a polymer surfactant (BASF trade name, Pluronic F127; (EO) 106 (PO) 70 (EO) 106) and 5 g of additives (Aldrich, PPO; Poly (propylene oxide)) in the above-cooled mixed solution ) Was added, followed by stirring at room temperature for 2 hours to prepare a sol solution.

상기 실시예 1의 구형 마그네슘 알루미네이트 산화물 담체 표면에, 상기에서 제조된 알루미늄 혼합 용액 7 중량%를 첨가하여 코팅한 후, 상온 2시간 건조한 다음 120 ℃에서 5시간 건조하였다. 이후에 상기 코팅된 담체를 600 ℃에서 6시간 소성과정을 거쳐 알루미나/마그네슘 알루미네이트 복합 담체를 제조하였다.The spherical magnesium aluminate oxide carrier of Example 1 was coated with 7 wt% of the aluminum mixed solution prepared above, followed by drying at room temperature for 2 hours and then at 120 ° C. for 5 hours. Thereafter, the coated carrier was calcined at 600 ° C. for 6 hours to prepare an alumina / magnesium aluminate composite carrier.

이때, 상기 복합 담체 제조과정에서, 구형의 담체는 걸러내고 용액 중에 일부 남아있는 분말을 여과하여, 120 ℃에서 5시간 건조, 600 ℃에서 6시간 소성을 수행하였다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 상기에서 제조된 복합 담체는 10 ㎚의 세 공구조를 갖고, 표면적이 280 ㎡/g인 메조세공 구조의 알루미나 산화물이 합성된다는 것을 확인할 수 있었다.At this time, in the manufacturing process of the composite carrier, the spherical carrier was filtered and some of the powder remaining in the solution was filtered, dried at 120 ° C. for 5 hours, and calcined at 600 ° C. for 6 hours. As shown in FIG. 2, the composite carrier prepared above had three tool baths of 10 nm, and it was confirmed that an alumina oxide having a mesoporous structure having a surface area of 280 m 2 / g was synthesized.

이후의 실시예 3과 동일한 방법으로, 상기 계면활성제를 이용하여 제조된 복합 담체에 활성성분인 백금 0.16 중량%, 조촉매인 주석 0.20 중량%가 함유된 백금계 촉매(촉매 C)를 제조하였다.In the same manner as in Example 3, a platinum-based catalyst (catalyst C) containing 0.16% by weight of platinum as an active ingredient and 0.20% by weight of tin as a promoter was prepared in the composite carrier prepared using the surfactant.

[실시예 6] 다공성 알루미나 담지 백금계 촉매(촉매 D)Example 6 Porous Alumina Supported Platinum-Based Catalyst (Catalyst D)

상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 알루미나 혼합용액 중 알루미늄의 전구체 용액인 알루미늄 이소프로폭사이드 대신에 5 중량% 보에마이트(boehmite, AlOOH) 계열의 알루미나 전구체와 1 N 농도의 초산이 함유된 알루미나 졸 용액을 사용하여, 상기 실시에 2에서 얻어진 이트륨이 안정화된 지르코니아(YSZ) 산화물 담체의 표면에 코팅하여 복합 담체를 제조하였다.In the same manner as in Example 3, but instead of aluminum isopropoxide, which is a precursor solution of aluminum in the alumina mixed solution, containing 5% by weight of alumina precursor of boehmite (AlOOH) series and 1N concentration of acetic acid A composite carrier was prepared by coating the surface of the yttrium stabilized zirconia (YSZ) oxide carrier obtained in Example 2 using an alumina sol solution.

이후에 상기에서 제조한 복합 담체에 활성성분인 백금 0.16 중량%와 조촉매인 주석 0.20 중량%가 함유된 백금계 촉매(촉매 D)를 제조하였다. Thereafter, a platinum-based catalyst (catalyst D) containing 0.16% by weight of platinum as an active ingredient and 0.20% by weight of tin as a promoter was prepared in the composite carrier prepared above.

[비교예 1] 비다공성 알루미나 담지 백금계 촉매(촉매 E)Comparative Example 1 A non-porous alumina supported platinum catalyst (catalyst E)

상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 알루미나 혼합용액에 계면활성제를 사용하지 않는 것을 제외하고 동일한 방법에 의해서 촉매를 제조하였다. 제조된 복합 담체에 활성성분인 백금 0.16 중량%, 조촉매인 주석 0.20 중량%가 함유된 백금계 촉매(촉매 E)를 제조하였다. 다음 도 3는 상기에서 제조된 코팅 용액을 사용하여 형성된 분말의 BET 등온 흡탈착그래프를 나타내는 것으로, 마크로포어 만을 갖는 비다공성 물질임을 확인할 수 있었다. 상기 제조된 표면 촉매층의 BET분석 결과 평균 30 m2/g 이었다. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 5 except that no surfactant was used in the alumina mixed solution. A platinum-based catalyst (catalyst E) containing 0.16% by weight of platinum as an active ingredient and 0.20% by weight of tin as a cocatalyst was prepared in the prepared composite carrier. Next, Figure 3 shows the BET isothermal adsorption and desorption graph of the powder formed using the coating solution prepared above, it was confirmed that the non-porous material having only macropores. BET analysis of the prepared surface catalyst layer was an average of 30 m 2 / g.

[비교예 2] 일반건조법으로 제조한 Pt-Sn-Li/ZrO2-Al2O3/a-Al2O3(촉매 F)Comparative Example 2 Pt-Sn-Li / ZrO 2 -Al 2 O 3 / a-Al 2 O 3 (Catalyst F) Prepared by General Drying Method

담체는 표면에 감마 알루미나가 담지된 벌크 밀도가 0.70 g/mL인 구형의 알파 알루미나 담체를 사용하였다. 0.165 중량%의 백금, 0.20 중량%의 주석(몰비 : Sn/Pt=2)함유 Al2O3를 코팅하기 위하여, 담지 용액을 0.223 g의 백금염(H2PtCl6·xH2O)와 0.194 g의 염화제이주석수화물(SnCl2·2H2O)를 50 mL 에탄올에 섞고, 1N 염산 300 mL를 첨가하였다. 120 ℃의 오븐에서 건조된 50 g의 알루미나 담체를 담지 용액에 담지하여 80 ℃에서 진공 증발시킨 후 120 ℃에서 12시간 건조한 후 550 ℃에서 3시간 소성하여 백금-주석함유 알루미나 촉매를 제조하였다. As the carrier, a spherical alpha alumina carrier having a bulk density of 0.70 g / mL on which a gamma alumina was supported was used. To coat Al 2 O 3 with 0.165 wt% platinum and 0.20 wt% tin (molar ratio: Sn / Pt = 2), the supported solution was added with 0.223 g of platinum salt (H 2 PtCl 6 .xH 2 O) and 0.194. g of dibasic citrate (SnCl 2 · 2H 2 O) was mixed in 50 mL ethanol and 300 mL of 1N hydrochloric acid was added. A platinum-tin-containing alumina catalyst was prepared by carrying 50 g of alumina carrier dried in an oven at 120 ° C. in a supported solution, vacuum evaporating at 80 ° C., drying at 120 ° C. for 12 hours, and calcining at 550 ° C. for 3 hours.

[비교예 3] 일반건조법으로 제조한 Pt-Sn-Li/r-Al2O3(촉매 G) Comparative Example 3 Pt-Sn-Li / r-Al 2 O 3 Prepared by a General Drying Method (Catalyst G)

담체는 미국 특허 제 4,677,237호의 실시예 3번과 유사한 방법으로, 0.531 g의 백금염(H2PtCl6·xH2O)와 3.974 g의 LiNO3, 1 N 질산(HCl) 300 mL를 섞은 용액에 표면적이 벌크밀도가 0.46 g/mL인 구형의 50 g 주석-알루미나(SnO2/γ-Al2O3)에 섞고, 40 ℃ 에서 진공증발 후, 120 ℃에서 12시간 건조한 후 550 ℃에서 3시간 소성 하여 백금-주석함유 알루미나 촉매를 제조하였다. 이때, 상기에서 제조된 촉매 G의 조성은 0.38 중량% Pt, 0.495 중량% Sn, 0.58 중량% Li를 나타내었다. The carrier was prepared in a similar manner to Example 3 of US Pat. No. 4,677,237 in a solution containing 0.531 g of platinum salt (H 2 PtCl 6 .xH 2 O) and 3.974 g of LiNO 3 , 1 N nitric acid (HCl) in 300 mL. It is mixed with spherical 50 g tin-alumina (SnO 2 / γ-Al 2 O 3 ) having a bulk density of 0.46 g / mL, vacuum evaporated at 40 ° C., dried at 120 ° C. for 12 hours, and then 3 hours at 550 ° C. Firing was carried out to prepare a platinum-tin-containing alumina catalyst. At this time, the composition of the catalyst G prepared above showed 0.38 wt% Pt, 0.495 wt% Sn, 0.58 wt% Li.

[비교예 4] 겹층구조의 탈수소 촉매(촉매 H) [Comparative Example 4] Dehydrogenation catalyst (catalyst H) of double layer structure

미국특허 제 6,1777,381호의 실시예 2에 제시된 것과 유사한 방법에 의해서 백금, 주석, 및 리튬이 감마알루미나/감마알루미나 겹층 구조에 코팅된 탈수소 촉매를 제조한다. 이때, 상기에서 제조된 촉매 H의 조성은 0.10 중량% Pt, 0.10 중량% Sn, 0.25 중량% Li를 나타내었다. A dehydrogenation catalyst is prepared by coating platinum, tin, and lithium on a gamma alumina / gamma alumina layered structure by a method similar to that shown in Example 2 of US Pat. No. 6,1777,381. At this time, the composition of the catalyst H prepared above showed 0.10 wt% Pt, 0.10 wt% Sn, 0.25 wt% Li.

[실험예] 탈수소 반응 실험Experimental Example Dehydrogenation Experiment

상기 실시예 3 ~ 6 및 비교예 1 ~ 4 제조된 촉매를 고정층 촉매 반응기에서 직쇄형 탄화수소의 탈수소 활성과 선택성을 측정하였다. In Examples 3 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, the dehydrogenation activity and selectivity of the linear hydrocarbons were measured in a fixed bed catalyst reactor.

상기 각각의 촉매들을 각각 5 mL씩 3/8 인치 크기의 스테인레스 스틸 관형 반응기에 채워 넣고 300 mL 유량의 수소를 흘리면서 상온에서 500 ℃까지 분당 5 ℃의 속도로 승온하고, 500 ℃ 온도에서 2시간 환원처리한 다음 반응조건에 맞춰 파라핀 탈수소화 반응을 수행하였다. 반응기를 통과한 생성물 용액을 4 ℃ 이하의 온도로 냉각시켜 포집하고, 반응 후의 용액은 HPLC를 이용하여 농도를 분석하고 촉매의 활성과 선택성을 확인하였다. Each of the catalysts were charged in a 3/8 inch stainless steel tubular reactor, each 5 mL, and heated at a rate of 5 ° C. per minute from room temperature to 500 ° C. while flowing hydrogen at 300 mL, and reduced at 500 ° C. for 2 hours. After treatment, a paraffin dehydrogenation reaction was performed according to the reaction conditions. The product solution passed through the reactor was collected by cooling to a temperature of 4 ℃ or less, the solution after the reaction was analyzed for concentration using HPLC to confirm the activity and selectivity of the catalyst.

이때, 직쇄형 탄화수소는 C10 탄화수소 11.8 중량%, C11 탄화수소 34.7 중량 %, C12 탄화수소 30.5 중량%, C13 탄화수소 19.9 중량%, C14 탄화수소 0.27 중량%를 함유하고 있는 것을 사용하였다. 또한, 상기 탈수소 반응조건은 1 기압, 460 ℃, LHSV = 20/h, 수소 대 탄화수소 몰비 = 4.5의 조건에서 얻어진 반응결과를 다음 표 1에 나타내었다.At this time, the linear hydrocarbon used was 11.8% by weight of C 10 hydrocarbon, 34.7% by weight of C 11 hydrocarbon, 30.5% by weight of C 12 hydrocarbon, 19.9% by weight of C 13 hydrocarbon, and 0.27% by weight of C 14 hydrocarbon. In addition, the dehydrogenation reaction conditions are shown in the following Table 1 reaction results obtained under the conditions of 1 atm, 460 ℃, LHSV = 20 / h, hydrogen to hydrocarbon mole ratio = 4.5.

[표 1]TABLE 1

Figure 112006002141109-PAT00002
Figure 112006002141109-PAT00002

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 담체를 사용하고 마이크로파를 이용하여 소성시킨 실시예 3 ~ 6의 백금계 촉매를 이용하여 탈수소 반응을 수행한 경우, 종래에 제시된 방법으로 제조된 활성성분인 백금의 함량이 높은 비교예 2 ~ 4의 촉매에 비해 올레핀의 선택도가 향상되었으며, 부반응물인 방향족 화합물의 수율이 50 % 이하로 저하되는 경향을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다. 특히 비교예 1의 비다공성 촉매 D에 비하여 비표면적인 큰 실시예 3 ~ 6의 다공성 촉매에서는(A, B, C 및 D) 넓은 비표면적에 활성성분인 Pt, Sn의 고른 분산에 의해서 매우 향상된 전환율 및 올레핀 선택도를 나타내었다.As shown in Table 1 above, when the dehydrogenation reaction was carried out using the platinum-based catalysts of Examples 3 to 6 fired using a composite carrier according to the present invention and fired using microwaves, the activity prepared by a conventionally presented method. It was confirmed that the selectivity of the olefin was improved as compared with the catalysts of Comparative Examples 2 to 4 having a high content of platinum as a component, and the yield of the aromatic compound as a side reactant tended to decrease to 50% or less. In particular, the porous catalysts of Examples 3 to 6 (A, B, C and D), which have a large specific surface area compared to the non-porous catalyst D of Comparative Example 1 (A, B, C and D), have been greatly improved by the uniform dispersion of active ingredients Pt and Sn in a large specific surface area. Conversion and olefin selectivity are shown.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 비다공성의 고밀도 세라믹 산화물 표면에, 2 ~ 50 ㎚ 메조세공 및 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖는 메조세공 크기의 다공성 알루미나가 코팅되어 이루어진 복합 담체가 담지된 백금계 촉매를 마이크로파 조사를 통하여 제조하여, 촉매활성 및 모노 올레핀 선택성이 향상되고, 부반응으로 생성되는 방향족 화합물의 양이 절반의 수준으로 저하되어 석유화학산업의 대표적인 탈수소 공정의 효율을 크게 개선시키는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a composite carrier comprising a mesoporous sized porous alumina having a specific surface area of 2 to 50 nm mesopores and at least 40 m 2 / g is coated on a nonporous high density ceramic oxide surface. The prepared platinum-based catalyst is prepared by microwave irradiation, which improves catalytic activity and monoolefin selectivity, and reduces the amount of aromatic compounds produced by side reactions to about half, thereby greatly improving the efficiency of the representative dehydrogenation process of the petrochemical industry. It works.

Claims (15)

비다공성의 고밀도 세라믹 산화물 표면에, 2 ~ 50 ㎚ 메조 크기의 세공 및 40 m2/g 이상의 비표면적을 갖는 메조세공 크기의 다공성 알루미나가 코팅되어 이루어진 복합 담체에, In a composite carrier comprising a mesoporous-sized porous alumina coated with a non-porous high density ceramic oxide surface having pores of 2 to 50 nm meso size and a specific surface area of 40 m 2 / g or more, 활성 성분인 백금과 조촉매인 주석의 이원금속가 담지된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.A catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that a binary metal of platinum as an active ingredient and tin as a promoter is supported. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알루미나는 복합 담체 중 0.5 ~ 10 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.The alumina is a platinum-based hydrocarbon conversion process catalyst, characterized in that contained 0.5 to 10% by weight of the composite carrier. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알루미나이외에 지르코니아, 타이타이나 등의 전이금속이 하나이상 치환된 복합 담체를 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.A catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that the composite carrier is substituted with one or more transition metals such as zirconia and titina in addition to the alumina. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 치환된 전이금속대비 알루미나는 0.05 ~ 5 : 99.95 ~ 95 몰비로 함유된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.Alumina relative to the substituted transition metal is a catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that contained in a molar ratio of 0.05 to 5: 99.95 to 95. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 치환된 전이금속대비 알루미나는 0.05 ~ 1 : 99.95 ~ 99 몰비로 함유된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.Alumina relative to the substituted transition metal is a platinum-based hydrocarbon conversion process catalyst, characterized in that contained in a molar ratio of 0.05 ~ 1: 99.95 ~ 99. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고밀도 세라믹 산화물은 5 중량 %이하의 마그네슘을 함유한 알루미나, 알루미나를 함유한 마그네슘 및 칼슘 알루미네이트 스핀넬 산화물, 뮬라이트(Mullite), 이트륨이 안정화된 지르코니아(YSZ), 칼슘이 안정화된 지르코니아(CSZ), 알루미나 및 코디어라이트(Cordierite) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.The high-density ceramic oxide is alumina containing less than 5% by weight of magnesium, magnesium and calcium aluminate spinel oxide containing alumina, mullite, yttrium stabilized zirconia (YSZ), calcium stabilized zirconia (CSZ ), Alumina and cordierite (Cordierite) catalyst for the platinum-based hydrocarbon conversion process characterized in that. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 활성금속인 백금은 복합담체 중에 0.03 ~ 5 중량% 함유된 것을 특징으 로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.Platinum-based hydrocarbon conversion process catalyst, characterized in that the active metal platinum is contained 0.03 ~ 5% by weight in the composite carrier. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 백금과 주석은 1 : 0.5 ~ 3.0 몰비로 함유된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매.Platinum and tin is a catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that it is contained in a 1: 0.5 to 3.0 molar ratio. 알루미나 졸 90 ~ 100 중량%, 지르코니아 또는 타이타니아졸 0 ~ 10 중량%가 함유된 혼합용액에, 상기 혼합 용액 100 중량부에 대하여 유기산 0.5 ~ 10 중량부 및 수용성 고분자 0.1 ~ 5 중량부가 함유된 알루미나 혼합용액을, 고밀도 세라믹 산화물 표면에 코팅하여 복합 담체를 제조하는 1 단계;Alumina mixture containing 0.5 to 10 parts by weight of an organic acid and 0.1 to 5 parts by weight of a water-soluble polymer in a mixed solution containing 90 to 100% by weight of alumina sol, and 0 to 10% by weight of zirconia or titania sol. 1 step of preparing a composite carrier by coating the solution on the surface of the high-density ceramic oxide; 상기 1 단계의 복합 담체 100 중량부에 대하여, 알콜에 용해된 백금 염화물 0.1 ~ 10 중량부, 주석 염화물 0.1 ~ 20 중량부 및 무기산 1 ~ 10 중량부를 첨가한 후, 25 ~ 80 ℃의 온도에서 반응시켜 백금-주석의 착화합물 용액을 형성하는 2 단계; 및To 100 parts by weight of the composite carrier of the first step, 0.1 to 10 parts by weight of platinum chloride dissolved in alcohol, 0.1 to 20 parts by weight of tin chloride and 1 to 10 parts by weight of inorganic acid were added, followed by reaction at a temperature of 25 to 80 ° C. To form a complex solution of platinum-tin; And 상기 2 단계의 백금-주석의 착화합물 용액에 1단계의 복합 담체를 담지시켜 100 ~ 1500 W 전력범위에서 30 초 ~ 10 분 동안 마이크로파를 조사하여 열처리 하는 3 단계;Three steps of heat treatment by irradiating microwaves for 30 seconds to 10 minutes in a power range of 100 to 1500 W by supporting a complex carrier of one step in the platinum-tin complex solution of two steps; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉 매의 제조방법.Method for producing a catalyst for the platinum-based hydrocarbon conversion process comprising a. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 1단계 알루미나 혼합용액 100 중량부에 대하여 계면활성제 1 ~ 10 중량부가 추가로 함유되어 이루어진 것을 특징을 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매의 제조방법.1 to 10 parts by weight of the surfactant based on 100 parts by weight of the one-step alumina mixed solution further comprises a method for producing a catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 계면활성제는 이온성 계면활성제, 양쪽성 고분자 계면 활성제 및 플로닉(Pluronic) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매의 제조방법.The surfactant is a method for producing a catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that selected from ionic surfactants, amphoteric polymer surfactants and Pluronic. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 1단계 수용성 고분자는 에틸렌글리콜 또는 메틸셀룰로오즈인 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매의 제조방법.The first step water-soluble polymer is a method for producing a catalyst for platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that the ethylene glycol or methyl cellulose. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 유기산은 구연산, 타르타르산 및 올레익산 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매의 제조방법.The organic acid is a method for producing a catalyst for platinum-based hydrocarbon conversion process, characterized in that selected from citric acid, tartaric acid and oleic acid. 청구항 1 내지 청구항 8 중에서 선택된 백금계 탄화수소 전환 공정용 촉매는 탈수소 반응, 개질반응 및 선택적 CO 산화 반응을 수행하는 것을 특징을 하는 탄화수소 전환 공정. The catalyst for a platinum-based hydrocarbon conversion process selected from claims 1 to 8 is a hydrocarbon conversion process characterized in that the dehydrogenation, reforming and selective CO oxidation reaction. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14, 상기 탈수소 반응은 직쇄형-파라핀 탄화수소를 반응온도 400 ~ 500 ℃, 반응기압 0.5 ~ 5, 공간속도(액체반응물 기준) 1 ~ 20 h-1하의 반응조건에서 탈수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 전환 공정.The dehydrogenation reaction is characterized in that the dehydrogenation of the linear-paraffinic hydrocarbon is carried out under reaction conditions at a reaction temperature of 400 to 500 ° C., a reactor pressure of 0.5 to 5, and a space velocity (based on a liquid reactant) of 1 to 20 h −1. Hydrocarbon conversion process.
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