KR20120077688A - Metal catalyst for dehydrogenation having improved selectivity - Google Patents

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KR20120077688A
KR20120077688A KR1020100139747A KR20100139747A KR20120077688A KR 20120077688 A KR20120077688 A KR 20120077688A KR 1020100139747 A KR1020100139747 A KR 1020100139747A KR 20100139747 A KR20100139747 A KR 20100139747A KR 20120077688 A KR20120077688 A KR 20120077688A
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Abstract

PURPOSE: A metal catalyst for dehydrogenation is provided to prevent the generation of structural change and the characteristic change of active materials due to heat by increasing the intensity of the catalyst. CONSTITUTION: A metal catalyst for dehydrogenation is used for the dehydrogenation of hydrocarbon. A support for the metal catalyst includes mesopores of 5 to 100nm and macropores of 0.1 to 20um. The active density of platinum in the metal catalyst is in a range between 0.001 and 0.009 weight%/m^2. The catalyst includes 0.05 to 1.5 weight% of platinum, 0.05 to 2.0 weight% of tin, germanium, or gallium, 0.05 to 3.0 weight% of alkali metals or alkali earth metals, 0.1 to 3.0 weight% of a halogen element, and 0.05 to 2.0 weight% of an auxiliary metal based on the total weight of the catalyst. The auxiliary metal is selected form a group including indium, manganese, zirconium, cesium, and cerium. The support is alumina, silica, and the mixture of the same.

Description

선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매{Metal catalyst for dehydrogenation having improved selectivity}Metal catalyst for dehydrogenation having improved selectivity

본 발명은 탈수소화 반응용 금속 촉매에 관한 것으로서, 상세하게는 보조금속을 통한 촉매 활성의 조정을 통하여 반응의 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a metal catalyst for dehydrogenation reaction, and more particularly, to a metal catalyst for dehydrogenation reaction with improved selectivity of the reaction through the adjustment of the catalyst activity through an auxiliary metal.

탄화수소 기체의 탈수소화 반응은 550℃ 이상의 고온에서 진행된다. 촉매 반응이 고온에서 진행됨에 따라, 그에 대한 부반응으로 열분해 및 코크 생성반응이 수반되고, 이러한 부반응의 정도가 촉매의 선택도 및 활성을 결정하는 핵심 요소가 된다. 부반응의 하나인 코크 생성 반응은 촉매상의 활성물질을 코크로 덮이게 하여 반응물과 접촉을 차단시킴으로써 전반적인 반응 전환율을 낮추게 된다.The dehydrogenation reaction of the hydrocarbon gas proceeds at a high temperature of 550 ° C. or higher. As the catalytic reaction proceeds at high temperatures, side reactions to it entail pyrolysis and coke formation reactions, the extent of which is a key factor in determining the selectivity and activity of the catalyst. Coke-forming reactions, one of the side reactions, lower the overall reaction conversion rate by covering the active material on the catalyst with coke to block the contact with the reactants.

종래에 공지된 탈수소화 촉매 관련 특허에는 촉매의 활성성분 및 담체의 종류에 대한 내용이 주류를 이루며, 보조금속을 이용한 촉매 활성의 조절을 통해 선택도를 높이는 연구는 전무한 실정이다. 높은 온도에서 진행되는 반응의 활성을 적절히 조절하면, 반응의 선택도를 향상시키는 것과 동시에 촉매활성 유지에 유리하게 작용할 수 있다.In the conventionally known dehydrogenation catalyst-related patents, the content of the active ingredient and the type of the carrier of the catalyst is the mainstream, there is no research to increase the selectivity by controlling the catalyst activity using the auxiliary metal. Properly adjusting the activity of the reaction proceeding at high temperature can improve the selectivity of the reaction and at the same time advantageously maintain the catalytic activity.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 보조금속을 통한 촉매 활성의 조정을 통하여 반응의 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, the present invention has an object to provide a metal catalyst for the dehydrogenation reaction to improve the selectivity of the reaction by adjusting the catalytic activity through the auxiliary metal.

본 발명에 의한 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매는 담체가 5~100㎚의 메조 기공과 0.1~20㎛의 매크로 기공을 갖고, 백금의 활성밀도는 0.001~0.009 중량%/㎡인 것을 특징으로 한다.The metal catalyst for dehydrogenation reaction with improved selectivity according to the present invention has a carrier having mesopores of 5 to 100 nm and macropores of 0.1 to 20 μm, and an active density of platinum is 0.001 to 0.009 wt% / m 2. It is done.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 촉매는 촉매 총 중량에 대하여 백금 0.05~1.5중량%, 주석, 게르마늄 또는 갈륨 0.05~2.0 중량%, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 0.05~3.0 중량%, 할로겐 성분 0.1~3.0 중량% 및 보조금속 0.05~2.0 중량%를 포함한다.According to another preferred feature of the invention, the catalyst is 0.05 to 1.5% by weight of platinum, 0.05 to 2.0% by weight of tin, germanium or gallium, 0.05 to 3.0% by weight of alkali or alkaline earth metal, 0.1 to halogen based on the total weight of the catalyst 3.0 wt% and 0.05-2.0 wt% auxiliary metal.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 칼슘, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 리튬, 스트론튬, 바륨, 라듐 및 베릴륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다.According to another preferred feature of the invention, the alkali or alkaline earth metal is selected from the group consisting of calcium, potassium, sodium, magnesium, lithium, strontium, barium, radium and beryllium.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 할로겐 성분으로는 염소, 인 및 불소로 이루어진 군으로부터 선택된다.According to another preferred feature of the invention, the halogen component is selected from the group consisting of chlorine, phosphorus and fluorine.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 보조금속은 인듐, 망간, 지르코늄, 세슘, 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다.According to another preferred feature of the invention, the auxiliary metal is selected from the group consisting of indium, manganese, zirconium, cesium, cerium.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 담체는 알루미나, 실리카 및 이의 혼합성분이다.According to another preferred feature of the invention, the carrier is alumina, silica and mixed components thereof.

보조금속을 통한 촉매 활성의 조절을 통해 반응의 선택도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 보조금속을 통해 촉매반응의 선택도를 향상시킬 수 있고, 활성을 유지하며, 단위표면적 촉매의 활성밀도가 높고, 반응물과 생성물의 물질 전달이 용이하며, 코크 생성에 따른 비활성화가 지연되는 효과가 있고, 코크 재생성이 높아 재생 후에도 초기의 활성과 변함이 없으며, 강도가 높아 외적 충격에 강하고, 열에 의한 구조적 변화나 활성 물질의 특성 변화가 없다.The selectivity of the reaction can be improved by controlling the catalytic activity through the auxiliary metal. The dehydrogenation catalyst according to the present invention can improve the selectivity of the catalytic reaction through the auxiliary metal, maintain activity, high activity density of the unit surface area catalyst, easy mass transfer of reactants and products, and coke production The deactivation is delayed, and the coke regeneration is high, there is no change with the initial activity even after regeneration, the strength is strong against external impact, there is no structural change or characteristic change of the active material by heat.

본 발명에 의한 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매는 백금을 활성성분으로 하는 촉매로서 5~100㎚의 메조 기공과 을 갖는 담체를 사용한다.
The metal catalyst for dehydrogenation reaction with improved selectivity according to the present invention uses a carrier having mesopores of 5 to 100 nm as a catalyst containing platinum as an active ingredient.

본 발명의 촉매는 기공크기가 5~100㎚의 메조 기공 0.100cc/g 내지 0.900cc/g와 0.1~20㎛의 매크로 기공 0.050cc/g 내지 0.500cc/g를 가진 담체를 적용하며, 활성 성분으로 촉매 총 중량에 대하여 백금 0.05~1.5중량%, 주석, 게르마늄 또는 갈륨 0.05~2.0 중량%, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 0.05~3.0 중량%, 할로겐 성분 0.1~3.0 중량% 및 보조금속 0.05~2.0 중량%를 포함한다.
The catalyst of the present invention applies a carrier having mesopores of 0.1-100cc / g to 0.900cc / g with a pore size of 5 to 100nm and macropores of 0.050cc / g to 0.500cc / g of 0.1 to 20㎛, 0.05 to 1.5% by weight of platinum, 0.05 to 2.0% by weight of tin, germanium or gallium, 0.05 to 3.0% by weight of alkali or alkaline earth metal, 0.1 to 3.0% by weight of halogen and 0.05 to 2.0% by weight of auxiliary metal It includes.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 종래 기술에 의해 잘 알려진 탈수소화 복합금속 활성성분에 보조금속을 포함시키고, 거대기공과 미세기공 구조를 가진 담체를 적용하여 탈수소 반응용 촉매를 제조하여 반응의 선택도 향상시키면서도, 활성을 유지하며, 단위표면적 촉매의 활성밀도가 높고, 반응물과 생성물의 물질 전달이 용이하며, 코크 생성에 따른 비활성화가 지연되는 효과가 있고, 코크 재생성이 높아 재생 후에도 초기의 활성과 변함이 없으며, 강도가 높아 외적 충격에 강하고, 열에 의한 구조적 변화나 활성 물질의 특성 변화가 없는 촉매를 제공한다.The present invention includes the auxiliary metal in the active material of the dehydrogenated composite metal well known by the prior art, by applying a carrier having a macroporous and microporous structure to prepare a catalyst for the dehydrogenation reaction to improve the selectivity of the reaction, Maintaining high activity density of the unit surface area catalyst, easy mass transfer of reactants and products, delayed deactivation due to coke formation, high regeneration of coke, and no change from initial activity after regeneration. It provides a catalyst that is high in external impacts and does not have structural changes due to heat or changes in the properties of active materials.

본 발명에서의 포화 탄화수소는 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄의 주요한 대상 반응물로 탈수소 반응에 의해 반응물로 사용된 포화 탄화수소에 상응하는 탄소 골격을 가진 올레핀 즉, 에틸렌, 프로필렌, 1-혹은 2-부틸렌, 이소부틸렌, 펜텐으로 전환된다.Saturated hydrocarbons in the present invention are the main target reactants of ethane, propane, butane, isobutane and pentane, olefins having a carbon backbone corresponding to the saturated hydrocarbons used as reactants by dehydrogenation, ie ethylene, propylene, 1 or 2 Converted to butylene, isobutylene, pentene.

상기 성분의 탈수소반응은 열역학적으로 최대 올레핀 수율이 제한받는 평형반응이다. 반응의 특성상 흡열, 부피증가 반응이며 화학적 평형에 의해 최대 전환율이 제한받기 때문에 전환율을 높이려면 반응온도를 높이고, 반응압력을 가능한 낮게 유지해야 한다.Dehydrogenation of these components is an equilibrium reaction in which the maximum olefin yield is limited thermodynamically. Due to the nature of the reaction, endothermic and volume increase reactions, the maximum conversion is limited by chemical equilibrium, so to increase the conversion rate, the reaction temperature should be increased and the reaction pressure should be kept as low as possible.

본 발명의 촉매가 선호하는 반응 조건으로는, 탈수소 반응 온도는 400?900℃로, 상세하게는 에탄 탈수소 반응의 경우 600?900℃, 프로판의 경우 550?700℃, 부탄의 경우 400?650℃, 이소부탄의 경우 450?650℃이며 펜탄은 200?500℃, 반응 압력은 0.1?10 절대기압이 선호된다.As the reaction conditions preferred by the catalyst of the present invention, the dehydrogenation reaction temperature is 400 to 900 ° C, specifically 600 to 900 ° C for ethane dehydrogenation, 550 to 700 ° C for propane and 400 to 650 ° C for butane. In case of isobutane, 450 ~ 650 ℃, pentane is 200 ~ 500 ℃, and the reaction pressure is 0.1 ~ 10 absolute air pressure.

반응을 지속적으로 혹은 효과적으로 유도하기 위해 포화 탄화수소 외에 투입되는 성분으로는 포화 탄화수소와 수소와의 혼합 혹은 상기 포화 탄화수소의 혼합성분들과 수소와의 혼합기체를 사용하거나, 수소 대신 혹은 함께 스팀 일산화탄소, 이산화탄소는 탈수소화시키고자 하는 탄화수소 유입 물 양의 0?100 몰%수준이다.In order to continuously or effectively induce the reaction, components added in addition to the saturated hydrocarbons may be a mixture of saturated hydrocarbons and hydrogen or a mixture of the components of the saturated hydrocarbons with hydrogen, or steam or carbon monoxide instead of or together with hydrogen. Is 0-100 mol% of the amount of hydrocarbon influent to be dehydrogenated.

유입되는 포화탄화수소와 촉매와의 액체공간속도(Liquid Hourly Space Velocity)는 0.1?30hr-1이며, 특히 0.1?16 hr-1에서 본 발명에 의해 구성된 촉매의 사용에 의한 효용성이 높다. 공업적인 촉매 반응기 형태는 상업적으로 알려진 반응기 형태에 모두 적용 가능하나, 그 중 고정층 흑은 유동층 반응기가 바람직하다.The liquid space velocity of the saturated hydrocarbon and the catalyst flowing (Liquid Hourly Space Velocity) is 0.1?, And 30hr -1, particularly 0.1? High availability by use of the catalyst composed according to the present invention in 16 hr -1. Industrial catalytic reactor types are applicable to all commercially known reactor types, of which fixed bed or fluidized bed reactors are preferred.

촉매는 탈수소 반응 속도를 증가시켜 열역학적인 굉형 도달율을 증대시키고, 구조적인 이성질체의 발생을 억제하고, 반응 조건에서 일어날 수 있는 탄화수소의 열분해를 억제하는 기능을 가져야 하며, 공업적 조건에서 지속적인 활성의 안정성을 보여야 한다.The catalyst should have the function of increasing the rate of dehydrogenation to increase the thermodynamic airfoil attainment rate, suppress the formation of structural isomers, and inhibit the thermal decomposition of hydrocarbons that can occur under the reaction conditions, and maintain stable activity under industrial conditions. Should show.

안정성은 사용시간의 경과에 따른 활성과 선택도의 변화율과 특정시간 경과 후, 다시 원상태로 촉매로 연속 사용 기간, 즉 촉매의 경제적 수명의 증대 효과를 가진다.Stability has the effect of increasing the rate of change of activity and selectivity over the use time and the period of continuous use as a catalyst after a specific time, i.e., increasing the economic life of the catalyst.

촉매의 안정성이 감소하는 요인으로는, 탄소 침적물의 발생 즉, 코킹에 의한 활성 표면에서의 반응물과의 접촉 효율의 감소와 반응 혹은 촉매 재생시 여러 가지 이유로 발생되는 활성 성분끼리의 소결로 활성 표면과 반응물과의 접촉면적의Factors that reduce the stability of the catalyst include the generation of carbon deposits, i.e., reduction of the contact efficiency with the reactants on the active surface by caulking and the sintering of the active components between the active components generated for various reasons during the reaction or catalyst regeneration. Of the contact area with the reactants

감소, 공업적 조건에서의 촉매의 사용 조건의 변화에 주로 기인하며 때때로 촉매의 파쇄 등에 인한 반응물 중으로의 손실 및 촉매 성분의 부분 손실에 의해 발생하기도 한다.
It is mainly due to the reduction, changes in the conditions of use of the catalyst under industrial conditions, and sometimes caused by loss into the reactants and partial loss of the catalyst components due to crushing of the catalyst and the like.

촉매의 탈수소 반응 성능을 높이기 위해서는 적절한 활성성분들의 선택과 촉매 자체의 물리적 안정성의 증진도 아주 중요하며, 또한 전체적인 활성을 증가시키면서 원하는 반응 생성물의 생성효율, 즉 선택도를 높이기 위해서 열분해 및 이성화 성실 등의 부반응을 줄일 수 있는 기능이 부과되어야 하고, 이러한 성능이 안정적으로 유지될 수 있도록 물리 화학적인 촉매의 제조 및 처리가 요구된다.In order to increase the dehydrogenation performance of the catalyst, selection of appropriate active ingredients and improvement of physical stability of the catalyst itself are also very important. Also, in order to increase the overall activity and to increase the production efficiency of the desired reaction product, that is, the selectivity of pyrolysis and isomerization, etc. The function to reduce side reactions of the polymers should be imposed, and the production and treatment of physicochemical catalysts are required to maintain this performance stably.

종래의 공개된 효과에 의하면 반응 수율은 비교 시험이 이루어진 조건에서의 이론 최대 수율(열역학적 수율)의 40%에서 90%까지 이르는 것으로 파악되어진다.According to the conventional published effect, the reaction yield is found to range from 40% to 90% of the theoretical maximum yield (thermodynamic yield) under the conditions under which the comparative test was made.

탄소수 5이하의 포화 탄화수소의 탈수소 반응은 촉매상에서 반응물인 포화탄화수소의 확산 및 반응이 매우 빠르게 진행되어 어느 정도 올레핀 수율 수준까지는 용이하게 진행된다.The dehydrogenation of saturated hydrocarbons of 5 or less carbon atoms is carried out very quickly by the diffusion and reaction of the saturated hydrocarbons, which are reactants, on the catalyst.

미시적 반응 특성으로서 주로 촉매 표면에서의 화학 반응이 상대적으로 느려, 촉매 표면 반응에 의해 반응 전체의 속도가 율속하는 것으로 알려져 있다. 이때의 확산속도란 탄화수소 반응물의 기체 흐름에서 촉매와 접촉할 때, 촉매 입자 내부에 미시적으로 존재하는 활성 성분들 혹은 함유 성분들의 구조, 전기 화학적 영향으로 형성되는 반응 활성점까지의 전달과 활성점에서의 표면 반응후, 반응 후 생성된 불포화 탄화수소, 즉 올레핀의 촉매 입자외로의 이동 속도를 모두 포함한다.It is known that the chemical reaction at the surface of the catalyst is relatively slow as the microscopic reaction characteristic, and the rate of the entire reaction is controlled by the catalyst surface reaction. In this case, the diffusion rate refers to the structure and the structure of active components or components contained microscopically in the catalyst particles when they come into contact with the catalyst in the gas flow of the hydrocarbon reactant, and to the reaction active sites formed by electrochemical effects. After the surface reaction of, all of the unsaturated hydrocarbons generated after the reaction, ie, the rate of migration of olefins out of the catalyst particles, are included.

그러나 반응에 의한 올레핀 수율이 어느 정도까지는 촉매 구성분의 변경 및 함유량을 달리하여 용이하게 얻을 수 있지만, 이론적인 한계 올레핀 수율인 열역학 평형 수율에 근접할수록 촉매에 의한 성능의 개선은 용이하지 알다.However, although the olefin yield by the reaction can be easily obtained by varying the catalyst composition and the content to some extent, it is understood that the closer the thermodynamic equilibrium yield, which is the theoretical limit olefin yield, the better the performance by the catalyst is.

특히, 올레핀 생성 수율을 높이기 위해 반응 온도를 고온으로 높이거나 수소 대비 탄화수소의 혼합몰비를 높일수록, 촉매표면 반응속도보다는 물질 전달속도 혹은 확산속도가 상대적으로 느려지는, 즉 확산저항에 반응계의 활성전체가 율속되는 것으로 해석될 수 있는 현상들이 관찰된다.In particular, as the reaction temperature is increased to a high temperature or the mixture molar ratio of hydrocarbon to hydrogen is increased to increase the yield of olefins, the mass transfer rate or diffusion rate is relatively slower than the reaction rate of the catalyst surface, that is, the active material of the reaction system in diffusion resistance. Phenomena that can be interpreted as being accelerated are observed.

반응을 전후한 촉매 내에서의 물질전달 혹은 확산 저항의 증대, 즉 유효 반응 체류시간의 증대는 반응하는 포화탄화수소의 촉매 활성 성분까지의 도달을 지연시켜 본질적 활성은 양호하나 전체적으로 반응속도를 외관적으로 떨어뜨리는 현상외에도, 반응 후 생성물의 촉매 입자내에로의 재흡착, 반응생성물끼리의 재반응, 골격 이성질체의 생성, 탄소 침적Increasing the mass transfer or diffusion resistance in the catalyst before and after the reaction, ie, the increase in the effective residence time of the reaction, delays the reaching of the catalytically active component of the reacted saturated hydrocarbons, resulting in good intrinsic activity but overall improvement in the reaction rate. In addition to the dropping phenomenon, after the reaction, the product is again adsorbed into the catalyst particles, the reaction products are reacted with each other, the skeleton isomers are formed, and the carbon deposition is performed.

물로의 전화 등의 바람직하지 못한 부반응의 발생 가능성을 높인다.It increases the possibility of occurrence of undesirable side reactions such as conversion to water.

또한 반응이 진행됨에 따라 촉매의 미세기공에 누적되는 탄소침적물은 반응 관련 물질들의 전달 및 이동통로로서의 기능을 감소시키므로 촉매의 활성, 선택도, 촉매안정성 등 촉매의 주요 기능이 저하를 가속화시킨다.In addition, as the reaction proceeds, carbon deposits accumulated in the micropores of the catalyst reduce the function of the transfer and transport passage of reaction-related materials, and thus the main functions of the catalyst, such as catalyst activity, selectivity, and catalyst stability, accelerate the degradation.

본 발명은 우수한 활성을 발현하는 성분을 가진 촉매 성분의 구성외에도, 전달 현상을 용이하게 하여 확산저항을 감소시키는 구조특성을 담체의 물리적 구조를 가지도록 하고 이러한 개선된 촉매 활성이 지속되도록 극대화된 거대 기공을 적용한다.In addition to the composition of the catalyst component having a component that exhibits excellent activity, the present invention has a structural structure that facilitates the transfer phenomenon and reduces the diffusion resistance to have a physical structure of the carrier and maximizes such that the improved catalytic activity is sustained. Apply pore.

좀더 상세하게는 확산 저항의 최소화, 즉 반응 전후의 물질 전달을 용이하게 위해 촉매의 거대 기공을 담체에 부여하였고, 미세 기공 및 기공량도 의도적으로 증가시켜 활성성분과 촉매내에서의 물질 전달거리를 최소화하도록 기공 및 표면구조를 조절하였다.More specifically, in order to minimize the diffusion resistance, that is, to facilitate mass transfer before and after the reaction, the large pores of the catalyst were imparted to the carrier, and the fine pores and the pore volume were intentionally increased to improve the mass transfer distance between the active ingredient and the catalyst. Pore and surface structure were adjusted to minimize.

본 발명의 거대기공은 일조의 미세기공까지의 물질 전달거리를 최소화시키거나, 확산저항을 최소화시키는 물질 전달통로(Mass Transfer Channel)로서의 기능을 가진다.The macropores of the present invention have a function as a mass transfer channel that minimizes the mass transfer distance to a set of micropores or minimizes the diffusion resistance.

미세 기공구조의 발현은 기공의 확대와 표면적의 감소는 촉매에 미세하게 담지된 활성 성분끼리 근접하게 되어, 오히려 활성 성분끼리의 소결이 진행되기 용이해질 수 있으나, 거대 기공에 의해 구조 물성의 변화는 없으므로 고온내성이 뛰어나게, 미세 분산성이 좋아져서 촉매 성능 안정성의 향상을 유도하였다.
The expression of the fine pore structure is such that the enlargement of the pores and the reduction of the surface area are close to the active ingredients finely supported on the catalyst, and rather the sintering of the active ingredients can be facilitated, but the change in the structural properties due to the large pores Therefore, it has excellent high temperature resistance and fine dispersibility, leading to an improvement in catalyst performance stability.

본 발명에서 구분하는 미세기공은 500Å이하, 주로 200Å이하의 크기를 가진 질소 흡착법(N2 BET)에 의해 측정되어지는 것을 말하며, 본 발명에서 중요하게 보는 거대 기공은 기공크기가 1,000Å이상, 10미크론 이하로 전자현미경으로 100배이상의 확대비율에서 단면 혹은 표면에서 관찰될 수 있고 수은(Hg)기공 측정기로 최대 침투압력 15,000파운드(1b)이상 적용시 기공의 크기 분포 등이 정량화될 수 있다.The micropores to be classified in the present invention is measured by nitrogen adsorption method (N2 BET) having a size of 500Å or less, mainly 200Å or less, and the macropores which are important in the present invention have a pore size of 1,000Å or more and 10 micron. Below, it can be observed on the cross section or surface at an enlargement ratio of 100 times or more with an electron microscope, and the size distribution of pores can be quantified when the maximum penetration pressure of 15,000 pounds (1b) or more is applied with a mercury (Hg) porosimetry.

본 발명의 거대 기공은 통로 혹은 공극(Voidage)혹은 구멍(Hole 혹은 Cavity)등으로도 표현될 수 있다. 이 거대 기공은 질소 흡착법으로는 질소 기체가 거대 기공에서 응축이 잘 되지 않으므로 측정이 용이하지 않다.The large pores of the present invention may also be expressed as a passage or a void or a hole or cavity. The macropores are not easily measured by nitrogen adsorption because nitrogen gas does not condense in the macropores.

본 발명에서 중요하게 고려된 사항은 단위 촉매 중량에서 거대 기공의 크기 분포, 총 부피량, 이의 균일 분포와 거대 기공 구조속에 존재하는 미세 기공 크기 분포, 이의 총부피량이다.Important considerations in the present invention are the size distribution of total porosity, the total volume, the uniform distribution thereof, the micropore size distribution present in the large pore structure, and the total volume thereof in the unit catalyst weight.

본 발명에서 탄소수 5이하의 저분자량 탄화수소의 탈수소화에 유효하게 보는 범주는 최소 거대 기공 부피량이 최소 0.05cc/g이상 최대 0.5cc/g을 가지고 미세기공이 5?100nm의 분포를 가지며 최소 0.10cc/g이상 최대 0.9cc/g이하로 상호 연결된 구조이다. 이때 선호되는 촉매의 담체로는 미세 기공성이 좋은 알루미나로, 용이하게 이러한 구조를 가지도록 제조할 수 있다.In the present invention, the category which is considered to be effective for dehydrogenation of low molecular weight hydrocarbons having 5 or less carbon atoms has a minimum macropore volume of at least 0.05cc / g and a maximum of 0.5cc / g and a micropore of 5-100 nm and a minimum of 0.10cc. / g and above 0.9cc / g and below are interconnected structures. At this time, the carrier of the preferred catalyst is alumina having fine porosity, and can be easily prepared to have such a structure.

본 발명에서 선호되는 촉매는 형태를 가진 것으로, 이러한 거대 기공의 존재와 미세기공의 확대는 촉매강도가 불량해질 수 있다. 강도를 증진시키기 위해 거대 기공을 가진 담체를 제조할 때는 900?1200℃에서 소성 변형을 하여 결정성을 부여한다. 본 발명에서 형성된 담체의 결정형은 세타 혹은 알파와 두 결정형(알파와 세타)이 공존하는 알루미나가 해당된다.Preferred catalysts in the present invention have a form, and the presence of such macropores and enlargement of micropores may result in poor catalyst strength. When preparing a carrier having macropores in order to enhance the strength, it is subjected to plastic deformation at 900 to 1200 ° C to impart crystallinity. The crystalline form of the carrier formed in the present invention corresponds to alumina in which theta or alpha and two crystalline forms (alpha and theta) coexist.

본 발명에 의해 제조된 촉매는 탈수소 반응 조건이 가혹할수록, 종래의 방법에 의한 촉매보다 차별화되는 개선된 성능, 즉 높은 탄화수소 전환율 및 선택도와 성능 안정성 그리고 개선된 코킹에 대한 저항성과 코크 제거 용이성을 가졌다. 종래에 알려진 탄화수소 전환 반응에서는 이러한 거대 기공을 가진 담체의 활용에 의한 성능 개선에 대한 것은 당 분야에서 알려진 바는 없었다.The catalyst prepared by the present invention has improved performance which is more differentiated than the catalyst by the conventional method, that is, the harsher the dehydrogenation conditions, the higher the hydrocarbon conversion and selectivity and the performance stability, and the improved resistance to coking and the ease of coking removal. . In the known hydrocarbon conversion reaction, there is no knowledge in the art of improving the performance by utilizing a carrier having such a large pore.

본 발명에서 성능에 있어 유효성이 높은 촉매의 구조는 거대 기공 부피량이 0.10?0.40cc/g과 미세 기공 부피량이 0.20-0.80cc/g로 기본적으로는 수십Å과 수십만 Å에서 확연한 두 개의 기공 분포를 가진 이중 모달 분포를 가진다. 이러한 거대 기공 담체의 적용은 촉매로 제조 후, 반응시에 탈수소 반응에서 개선된 활성과 재생 용이성을 보여 준다.In the present invention, the catalyst structure having high performance has a large pore volume of 0.10? 0.40cc / g and a fine pore volume of 0.20-0.80cc / g. Has a double modal distribution. The application of such macroporous carriers shows improved activity and ease of regeneration in the dehydrogenation reaction at the time of reaction with the catalyst.

거대 기공에 의한 강도의 약화를 방지하기 위해 900?1,200℃의 고온에서 1?24시간 소성 변형을 하게 되면 입자 파쇄 강도 3.Okgf이상이 형성된다. 최종 촉매의 표면적은 질소 흡착 비표면적으로 150㎟/g 이하를 가진다. 표면적의 감소는 주요한 활성을 가진 백금의 미세분산도 필요하게 되지만, 유효한 백금의 총함유량을 낮출 수 있다.In order to prevent the weakening of the strength caused by the macropores, plastic deformation at 1 to 24 hours at a high temperature of 900 to 1,200 ° C. results in more than 3.Okgf of particle breaking strength. The surface area of the final catalyst has a nitrogen adsorption specific surface area of 150 mm 2 / g or less. Reducing the surface area also requires microdispersion of platinum with major activity, but can lower the total content of effective platinum.

본 발명 촉매에서 선호되는 알칼리 1족 성분은 칼륨(K)이다. 칼륨(K)을 가진 화합물로부터 다양한 방법으로 제조될수 있으며, 최종 소성 처리를 통해 안정한 산화물을 형성하게 된다. 선호되는 칼륨(K)의 화합물은 수용액성 염으로 염화염과 질산염이다.The preferred alkali group 1 component in the catalyst of the invention is potassium (K). It can be prepared from a compound having potassium (K) in various ways and forms a stable oxide through the final calcining process. Preferred compounds of potassium (K) are aqueous salts, chlorides and nitrates.

주석은 고온의 산화분위기에서 알루미나로 전환 가능한 알루미늄 함유 성분과 혼합을 주석 함유 알루미나를 용이하게 제조할 수 있다. 주석 성분의 원료는 염화 주석 염으로 고체상의 SnCl 2 와 액상의 SnCl4 가 선호된다.Tin can easily prepare tin-containing alumina by mixing with aluminum-containing components which can be converted to alumina in a high temperature oxidizing atmosphere. The raw material of the tin component is tin chloride salt, which is preferably SnCl 2 in the solid phase or SnCl 4 in the liquid phase.

본 발명의 적용된 거대기공 특성은 담체 물질의 제조과정에서 결정되는 데 상업적으로 구매하여 촉매로의 적용이 가능하다. 이러한 알루미나 담체는 다양한 유기 알루미늄 슬러리에서 성형 과정을 통해 얻어지는데, 본 발명에서 선호되는 담체는 탄소수 4에서 14이하의 유기 알루미늄이 선호된다.The applied macropore properties of the present invention are determined during the preparation of the carrier material, which can be purchased commercially and applied to the catalyst. Such alumina carriers are obtained through a molding process in various organoaluminum slurries. The preferred carrier in the present invention is organic aluminum having 4 to 14 carbon atoms or less.

얻어진 알루미나는 공업적 적용을 위해 적절한 강도와 기공 분포를 가질 수 있도록 열처리가 필요한데 본 발명에서는 산소 혹은 질소 기체 분위기에서 기체 공간속도(GHSV ; Gas Hourly Space Velocity) 300?5,000hr-1로 900?1,200hr-1까지 0.5?20hr-1정도의 고온 소성 처리를 하여 본 발명에서 적용될 담체를 가공한다.The obtained alumina needs heat treatment so as to have a suitable strength and pore distribution for industrial application. In the present invention, the gas hourly space velocity (GHSV) in an oxygen or nitrogen gas atmosphere is 300 to 5,000 hr -1 and 900 to 1,200. The carrier to be applied in the present invention is processed by performing a high temperature baking treatment of about 0.5 to 20hr −1 to hr −1 .

이 담체는 결정형을 가진 물질로 단위 담체 중량에서 거대 기공의 크기 분포, 총 부피량 이의 균일 분포와 거대 기공 구조속에 존재하는 미세 기공 크기 분포, 이의 총 부피량이 중요하다.This carrier is a crystalline material, and the size distribution of the large pore in the unit carrier weight, the uniform distribution of the total volume, the fine pore size distribution in the large pore structure, and the total volume thereof are important.

본 발명에서 탄소수 5이하의 저분자량 탄화 수소의 탈수소화에 유효하게 보는 범주는 최소 거대 기공 부피량이 최소 0.05cc/g이상 최대 0.5cc/g을 가지고 미세기공이 5?100nm의 분포를 가지며 최소 0.10cc/g이상 최대 0.9cc/g이하로 상호 연결된 구조이다.In the present invention, the category which is considered to be effective for the dehydrogenation of low molecular weight hydrocarbons having 5 or less carbon atoms has a minimum macropore volume of at least 0.05cc / g and a maximum of 0.5cc / g, and the micropores have a distribution of 5-100 nm and a minimum of 0.10. It is interconnected structure of more than cc / g and up to 0.9cc / g.

본 발명에서 적용된 담체의 결정형은 세타 혹은 알파와 두 결정형(알파와 세타)이 공존하는 알루미나가 해당된다.The crystalline form of the carrier applied in the present invention corresponds to alumina in which theta or alpha and two crystalline forms (alpha and theta) coexist.

본 발명에서 활성 성분은 전자적, 물리적, 화학적으로 포화 탄화수소의 탈수소 반응에 영향을 끼칠 수 있는 물질을 말하는데, 넓게는 담체 물질은 포함하여 최종적으로 금속 미세입자, 산화물, 염화물, 황화물, 하이드라이드 형태, 할로겐 염,옥시 클로라이드, 담체물질 또는 다른 성분끼리의 화합상태 등으로 존재할 수 있다.In the present invention, the active ingredient refers to a material that can affect the dehydrogenation reaction of saturated hydrocarbons electronically, physically and chemically, and broadly includes a carrier material to finally form metal microparticles, oxides, chlorides, sulfides, hydrides, Halogen salts, oxychlorides, carrier materials or other components in combination.

본 발명에서의 백금 성분의 원료로는 염화 백금산, 암모늄 염화 백금염, 브로모 백금산, 백금 염화 수화물, 백금 카르보닐 염 혹은 산, 니트로화 백금 염 혹은 산 등이 가능한데 바람직하게는 염화 백금산(H 2 PtCl6 )을 염산과 함께 공지된 함침방법(흡착법)에 의해 위에서 제조된 담체에 담지시키는 것이 좋다.The raw material of the platinum component in the present invention may be chloroplatinic acid, ammonium chloride platinum salt, bromo platinum acid, platinum chloride hydrate, platinum carbonyl salt or acid, platinum nitrate salt or acid, and the like. PtCl6) is preferably supported on the carrier prepared above by a known impregnation method (adsorption method) together with hydrochloric acid.

한편, 백금함유 용액의 함침은 담체 물질의 최종 제조 후에 수용액에 사용 담체 대비 약 1 중량%의 30%농도 염산을 적용하여, 상온에서 0.5?4시간 교반 담지 처리 후, 80?105℃에서 0.5-60시간 동안 담지 용액을 교반시킨다.On the other hand, the impregnation of the platinum-containing solution is applied to the aqueous solution of 30% concentration hydrochloric acid of about 1% by weight compared to the carrier after the final preparation of the carrier material, and after 0.5 to 4 hours stirring supporting treatment at room temperature, 0.5- at 80-105 ℃ The supporting solution is stirred for 60 hours.

이후 건조과정 및 소성과정을 거치는데, 100?700℃까지 0.5?60시간 정도로 건조한 후, 500?700℃에서 0.5?20시간 등온에서 질소흐름 공간속도(GHSV; Gas Hourly Space Velocity) 100?5,000hr-1로 하는 것이 백금 금속 미세입자의 고온에서의 응결을 방지와 과잉 잔류 염소의 제거하는데 유리하다고 판단된다.After the drying process and firing process, it is dried for 0.5-60 hours to 100-700 ℃, and 0.5-20 hours isothermal at 500-700 ℃ for gas hourly space velocity (GHSV) 100-5,000hr A value of −1 is considered to be advantageous for preventing the condensation at high temperatures of the platinum metal fine particles and for removing excess residual chlorine.

본 발명에서 유효한 효과를 얻기 위해서는 최종 촉매내의 잔류 염소의 양이 0.0?2.0 중량%이어야 하며 바람직하게는 1.5 중량%이하이다. 촉매중의 염소는 백금 담지시외에 최종 촉매 제조 후, 염산 수용액을 기화시켜, 최종 촉매내의 염소함량을 0.0?2.0 중량%로 조절할 수 있다.In order to obtain an effective effect in the present invention, the amount of residual chlorine in the final catalyst should be 0.0-2.0 wt%, preferably 1.5 wt% or less. The chlorine in the catalyst can be vaporized with an aqueous hydrochloric acid solution after preparation of the final catalyst in addition to the platinum support, to adjust the chlorine content in the final catalyst to 0.0 to 2.0% by weight.

본 발명의 촉매는 포화 탄화수소의 탈수소 반응에서 성능을 발현시키는데 적절한 환원조작을 할 수도 있는데, 이는 실제 공정에서 이루어지거나, 미리 환원 공정을 거쳐 사용될 수 있다. 본 과정의 촉매는 99.0%이상의 순도를 가진 수소를 1.0?100 GHSV로 흘리며, 400?600℃에서 0.1?48시간 환원시켜면, 충분한 활성의 발현이 가능하다.The catalyst of the present invention may also be suitable for the reduction operation to express the performance in the dehydrogenation reaction of the saturated hydrocarbon, which may be used in the actual process, or may be used through a reduction process in advance. The catalyst of this process flows hydrogen with a purity of 99.0% or more to 1.0-100 GHSV, and when sufficient 0.1-48 hours are reduced at 400-600 degreeC, sufficient activity can be expressed.

한편, 본 발명의 촉매는 장기간의 사용을 위해서는 주기적인 탄소 침적물의 제거를 하거나 활성 개선을 위해 스팀을 사용하여 반응후의 비활성화된 촉매를 재생할 수도 있다.On the other hand, the catalyst of the present invention may regenerate the deactivated catalyst after the reaction by removing the periodic carbon deposits for long-term use or using steam to improve the activity.

탄소 침적물은 조절된 산소와 혼합한 질소 분위기에서 연소에 의해 제거시키기도 하고 스팀과 질소 및 공기의 조절 분위기에서 완만히 탄소 생성물을 기체화제거시킬 수도 있다. 코크 성분이 제거된 후에 동일한 활성을 유지하기 위해서는 유효 염소를 기상 흡착의 방법으로 보충하여 성능을 회복시킨다.
Carbon deposits may be removed by combustion in a nitrogen atmosphere mixed with controlled oxygen, or may gently degass the carbon product in a controlled atmosphere of steam, nitrogen and air. In order to maintain the same activity after the coke component is removed, effective chlorine is supplemented by the vapor phase adsorption method to restore performance.

활성점으로 작용되는 백금의 밀도는 0.001 wt.%/m2~0.009 wt.%/m2 가 바람직하다. 백금의 밀도가 0.001 wt.%/m2 이하이면 활성점이 충분하지 못해 반응 전환율이 낮아지게 되고, 0.009 wt.%/m2 이상인 경우 백금의 분산도가 낮아져 코크의 생성량이 증대하고 부반응성이 높아져 반응 선택도가 낮아지게 된다.
The density of platinum acting as an active point is preferably 0.001 wt.% / M 2 to 0.009 wt.% / M 2 . When the density of platinum is less than 0.001 wt.% / M 2, the active conversion point is insufficient due to insufficient activity point, and when it is more than 0.009 wt.% / M 2, the dispersion degree of platinum is lowered to increase the amount of coke produced and increase side reaction. Reaction selectivity is lowered.

한편 본 발명에 의한 촉매는 촉매 총 중량에 대하여 백금 0.05~1.5중량%, 주석, 게르마늄 또는 갈륨 0.05~2.0 중량%, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 0.05~3.0 중량%, 할로겐 성분 0.1~3.0 중량% 및 보조금속 0.05~2.0 중량%를 포함한다.
Meanwhile, the catalyst according to the present invention is 0.05 to 1.5% by weight of platinum, 0.05 to 2.0% by weight of tin, germanium or gallium, 0.05 to 3.0% by weight of alkali metal or alkaline earth metal, 0.1 to 3.0% by weight of halogen component and auxiliary 0.05-2.0 wt% of the metal.

백금은 촉매 총 중량에 대하여 0.05~1.5중량% 포함하며, 백금의 경우 0.05% 이하이면, 활성성분의 비율이 낮아 반응활성이 낮아지게 되며, 1.5% 이상이 되면 분산도가 낮아지기 때문에 반응활성이 낮아지게 된다.Platinum is contained 0.05 ~ 1.5% by weight based on the total weight of the catalyst, in the case of platinum is 0.05% or less, the lower the proportion of the active ingredient, the lower the reaction activity, and if more than 1.5% the dispersion is low because the reaction activity is low You lose.

주석, 게르마늄 또는 갈륨 중의 어느 하나의 성분을 촉매 총 중량에 대하여 0.05~2.0 중량% 포함한다. 0.05중량% 미만이면 부반응성이 높아져 반응의 선택도가 감소하는 문제가 있고, 2.0중량% 초과하면 과량의 금속성분으로 인하여 백금-금속 합금이 증가되어 활성이 감소하는 문제가 있다.The component of any one of tin, germanium or gallium is included at 0.05 to 2.0 wt% based on the total weight of the catalyst. If the content is less than 0.05% by weight, the side reactivity is increased to decrease the selectivity of the reaction. If the content is more than 2.0% by weight, the platinum-metal alloy is increased due to the excessive amount of the metal component, thereby decreasing the activity.

알칼리금속 또는 알칼리토금속은 촉매 총 중량에 대하여 0.05~3.0중량% 포함하며, 0.05중량% 미만이면 촉매의 산점에 의한 부반응이 증가하는 문제가 있고, 3.0중량% 초과하면 활성점이 저하되어 활성이 감소하는 문제가 있다.Alkali metal or alkaline earth metal contains 0.05 to 3.0% by weight relative to the total weight of the catalyst, if less than 0.05% by weight of the acid side of the catalyst has a problem of increasing the side reactions, if exceeding 3.0% by weight of the active point is lowered activity is reduced there is a problem.

할로겐 성분은 촉매 총 중량에 대하여 0.1~3.0 중량% 포함하며, 0.1중량% 미만이면 촉매상에 코크의 생성속도가 급격히 높아지고 촉매의 코크재생성이 낮아지고 촉매 재생시 백금의 분산도가 낮아지며, 3.0중량% 초과하면 할로겐 성분에 의한 귀금속의 피독현상으로 촉매의 활성이 낮아지게 된다. 본 발명에서의 할로겐 성분은 염소, 인 및 불소로 이루어진 군에서 선택된 것이며, 바람직하게는 염소이다.The halogen component contains 0.1 to 3.0% by weight based on the total weight of the catalyst. If the content is less than 0.1% by weight, the formation of coke on the catalyst is rapidly increased, the coke regeneration of the catalyst is lowered, and the platinum dispersity is lowered during catalyst regeneration. When the percentage is exceeded, the catalyst activity is lowered due to poisoning of the noble metal by the halogen component. The halogen component in the present invention is selected from the group consisting of chlorine, phosphorus and fluorine, preferably chlorine.

보조금속은 촉매 총 중량에 대하여 0.05~2.0 중량% 포함한다. 여기서 0.05중량% 미만이면 보조금속의 성능이 제대로 발현되지 못하는 문제가 있고, 3.0중량% 초과하면 백금 성분의 활성점이 저하되어 활성이 낮아지는 문제가 있다. 본 발명에서의 보조금속은 인듐, 망간, 지르코늄, 세슘, 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 인듐이다.Auxiliary metals contain 0.05 to 2.0 weight percent based on the total weight of the catalyst. If less than 0.05% by weight there is a problem that the performance of the auxiliary metal is not properly expressed, if more than 3.0% by weight there is a problem that the activity point of the platinum component is lowered, the activity is lowered. The auxiliary metal in the present invention is selected from the group consisting of indium, manganese, zirconium, cesium, cerium, preferably indium.

미국특허 제 4,542,113호에 준하여 제조된 구형의 감마 결정성을 갖는 알루미나를 독일의 사솔(Sasol)사에서 구입하여, 관형의 전기로(고려전기로)를 이용하여 공기의 흐름 300㎖/min 상에서 1100℃의 온도로 6시간 동안 열변형하여 촉매합성의 담체로 사용하였다.Alumina having spherical gamma crystallinity prepared according to US Pat. No. 4,542,113 was purchased from Sasol, Germany, and 1100 on air flow 300ml / min using a tubular electric furnace (Korea Electric Furnace). It was thermally deformed for 6 hours at a temperature of < RTI ID = 0.0 >

열변형된 알루미나 담체를 사용하여 상온/승온 흡착 담지법으로 촉매를 제조하였다. 인듐 염화물(InCl3)을 증류수에 넣어 녹인 후, 열변형된 알루미나를 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25rpm으로 회전시켜 건조하였다. 완전한 건조를 위하여 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 700℃ 가열로에서 2시간동안 열처리하였다. 이후, 인듐이 담지된 알루미나를 주석 염화물(SnCl2), 염산(HCl), 질산(HNO3)이 녹아있는 증류수에 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25rpm으로 회전시켜 건조하였다. 완전한 건조를 위하여 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 700℃ 가열로에서 2시간동안 열처리하였다. 이후, 인듐과 주석이 담지된 알루미나를 백금산(H2PtCl6), 염산, 질산이녹아있는 증류수에 넣어 담지하였다. 담지액은 위와 같은 방법으로 건조 및 열처리하였다. 이후, 인듐과 주석과 백금이 담지된 알루미나를 질산 칼륨(KNO3), 염산이 녹아있는 증류수에 넣어 담지하였다. 담지액은 위와 같은 방법으로 건조 및 열처리하여 탈수소화 촉매 A를 제조하였다.The catalyst was prepared by a room temperature / temperature adsorption support method using a heat-modified alumina carrier. Indium chloride (InCl3) was added to distilled water to dissolve it, and then heat-modified alumina was loaded to carry it. The supporting solution was dried using a rotary evaporator, and stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and then dried by rotating at 25 rpm for 1.5 hours at 80 ° C under reduced pressure. For complete drying it was dried for 15 hours in a 105 ℃ oven and heat-treated for 2 hours in a 700 ℃ heating furnace. Thereafter, the indium-supported alumina was loaded in distilled water in which tin chloride (SnCl 2), hydrochloric acid (HCl), and nitric acid (HNO 3) were dissolved. The supporting solution was dried using a rotary evaporator, and stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and then dried by rotating at 25 rpm for 1.5 hours at 80 ° C under reduced pressure. For complete drying it was dried for 15 hours in a 105 ℃ oven and heat-treated for 2 hours in a 700 ℃ heating furnace. Thereafter, indium and tin-supported alumina were loaded in distilled water in which platinum acid (H 2 PtCl 6), hydrochloric acid, and nitric acid were dissolved. The supporting solution was dried and heat treated in the same manner as above. Subsequently, indium, tin and platinum-supported alumina were loaded in distilled water in which potassium nitrate (KNO 3) and hydrochloric acid were dissolved. The supporting solution was dried and heat treated in the same manner as above to prepare a dehydrogenation catalyst A.

상기 실시예 1에서 사용된 열변형된 알루미나를 촉매합성의 담체로 사용하였다.The heat-modified alumina used in Example 1 was used as a carrier for catalytic synthesis.

열변형된 알루미나 담체를 사용하여 상온/승온 흡착 담지법으로 촉매를 제조하였다. 망간 염화물(MnCl2)을 증류수에 넣어 녹인 후, 열변형된 알루미나를 넣어 담지하였다. 이후 실시예 1과 동일한 방법으로 건조 및 열처리하고, 주석과 백금, 칼륨을 차례로 담지 및 열처리하여 탈수소화 촉매 B를 제조하였다.The catalyst was prepared by a room temperature / temperature adsorption support method using a heat-modified alumina carrier. Manganese chloride (MnCl 2) was added to distilled water to dissolve it, and then heat-modified alumina was loaded to carry it. Thereafter, drying and heat treatment were performed in the same manner as in Example 1, and tin and platinum and potassium were sequentially supported and heat treated to prepare a dehydrogenation catalyst B.

비교예 1 : 상기 실시예 1에서 인듐을 담지하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 열처리 및 활성성분을 담지하여 촉매 C를 제조하였다.
Comparative Example 1 Catalyst C was prepared by carrying out the same heat treatment and active ingredient as in Example 1, except that indium was not supported in Example 1.

실험예 : 탈수소화 촉매의 성능 실험Experimental Example: Performance Experiment of Dehydrogenation Catalyst

본 발명에 따른 탈수소화 촉매의 성능을 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to confirm the performance of the dehydrogenation catalyst according to the present invention, the following experiment was performed.

상기 실시예 1 및 2, 비교예 1에서 제조된 촉매 A, B 및 C 2.4ml를 부피가 7ml인 석영반응기 내에 각각 충진한 후, 프로판과 수소의 혼합기체를 공급하여 탈수소 반응을 각각 수행하였다. 이때, 수소와 프로판의 비율은 1:1로 고정하였으며, 단열조건 하에서 반응온도는 620℃, 절대압력은 1.5atm, 액체공간속도는 15hr-1로 유지하면서 탈수소 반응을 수행하였다. 반응 후의 기체 조성은 반응 장치와 연결된 기체 크로마토그래피로 분석하여 프로판 전환율과 반응 후 생성물 중의 프로필렌 선택도를 구하였다.2.4 ml of catalysts A, B and C prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were respectively filled in a 7 ml quartz reactor, and then a mixed gas of propane and hydrogen was supplied to dehydrogenation, respectively. At this time, the ratio of hydrogen and propane was fixed at 1: 1, and the dehydrogenation reaction was carried out while maintaining the reaction temperature at 620 ° C., the absolute pressure at 1.5 atm, and the liquid space velocity at 15 hr −1 under adiabatic conditions. The gas composition after the reaction was analyzed by gas chromatography connected with the reaction apparatus to determine the propane conversion and the propylene selectivity in the product after the reaction.

반응 시작 후, 5시간째의 전환율과 선택도 및 수율을 표에 나타내었다.The conversion, selectivity, and yield at 5 hours after the start of the reaction are shown in the table.

전환율 (중량%)Conversion rate (% by weight) 선택도 (중량%)Selectivity (wt%) 수율 (중량%)Yield (wt%) 촉매 ACatalyst A 26.926.9 96.896.8 26.026.0 촉매 BCatalyst B 25.925.9 93.793.7 24.224.2 촉매 CCatalyst C 25.325.3 87.587.5 22.122.1

표에 나타난 바와 같이, 본 발명의 촉매 A는 인듐의 영향으로 인하여 반응 선택도가 매우 우수하다. 프로판 전환율은 비교예인 촉매 C와 비교해 보았을 때 비슷한 수준으로 유지하였다. 또한, 촉매 A, B 및 C의 5시간 평균 코크 생성량은 각각 0.13%/hr, 0.41%/hr 및 0.45%/hr으로, 인듐을 보조금속으로 사용하였을 때 코크 생성량이 감소한 것을 볼 수 있었다.As shown in the table, catalyst A of the present invention has very good reaction selectivity due to the influence of indium. Propane conversion was maintained at a similar level as compared to Comparative Example C. In addition, the 5 hour average coke production amount of the catalysts A, B and C were 0.13% / hr, 0.41% / hr and 0.45% / hr, respectively, and it was found that the coke production amount decreased when indium was used as an auxiliary metal.

Claims (6)

탄화수소의 탈수소화 공정에 사용되는 탈수소화 반응용 금속 촉매에 있어,
담체가 5~100㎚의 메조 기공과 0.1~20㎛의 매크로 기공을 갖고, 백금의 활성밀도는 0.001~0.009 중량%/㎡인 것을 특징으로 하는 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매.
In the metal catalyst for dehydrogenation reaction used in the hydrocarbon dehydrogenation process,
The metal catalyst for the dehydrogenation reaction with improved selectivity, characterized in that the carrier has meso pores of 5 to 100 nm and macro pores of 0.1 to 20 μm, and the active density of platinum is 0.001 to 0.009 wt% / m 2.
제1항에 있어서, 상기 촉매는 촉매 총 중량에 대하여 백금 0.05~1.5중량%, 주석, 게르마늄 또는 갈륨 0.05~2.0 중량%, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 0.05~3.0 중량%, 할로겐 성분 0.1~3.0 중량% 및 보조금속 0.05~2.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매.According to claim 1, wherein the catalyst is 0.05 to 1.5% by weight of platinum, 0.05 to 2.0% by weight of tin, germanium or gallium, 0.05 to 3.0% by weight of alkali metal or alkaline earth metal, 0.1 to 3.0% by weight of halogen component And 0.05 to 2.0 wt% of an auxiliary metal. 제2항에 있어서, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 칼슘, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 리튬, 스트론튬, 바륨, 라듐 및 베릴륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매.3. The metal catalyst for dehydrogenation of claim 2, wherein the alkali metal or alkaline earth metal is selected from the group consisting of calcium, potassium, sodium, magnesium, lithium, strontium, barium, radium and beryllium. 제2항에 있어서, 할로겐 성분으로는 염소, 인 및 불소로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매.3. The metal catalyst for dehydrogenation of claim 2, wherein the halogen component is selected from the group consisting of chlorine, phosphorus and fluorine. 제2항에 있어서, 상기 보조금속은 인듐, 망간, 지르코늄, 세슘, 세륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매.The metal catalyst for dehydrogenation of claim 2, wherein the auxiliary metal is selected from the group consisting of indium, manganese, zirconium, cesium, and cerium. 제1항에 있어서, 상기 담체는 알루미나, 실리카 및 이의 혼합성분인 것을 특징으로 하는 선택도가 향상된 탈수소화 반응용 금속 촉매.
The metal catalyst for dehydrogenation of claim 1, wherein the carrier is alumina, silica, or a mixed component thereof.
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