KR20150129186A - Zeolite catalysts for converting oxygenates to propylene and method for preparing thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a zeolite catalyst having a hollow micropore, for manufacturing propylene from oxygenates such as methanol or dimethyl ether, and to a manufacturing method thereof. According to the present invention, the zeolite catalyst can have high selectivity of propylene, long catalyst durability, and excellent hydrothermal stability, in the case of being used as a catalyst during a reaction of manufacturing propylene, by having a hollow micropore inside a crystal and reforming an acid site as phosphorus (P) at the same time.

Description

함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법{Zeolite catalysts for converting oxygenates to propylene and method for preparing thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a zeolite catalyst for producing propylene from an oxygenate and a method for producing the zeolite catalyst,

본 발명은 메탄올이나 디메틸에테르(dimethylether)와 같은 함산소화물(oxygenates)로부터 프로필렌을 제조하기 위한, 중공세공을 갖는 제올라이트 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a zeolite catalyst having hollow pores for the production of propylene from oxygenates such as methanol or dimethylether, and a process for its preparation.

일반적으로 석유화학에서 프로필렌은 납사의 열분해나 유동층접촉분해(Fluidied catalytic cracking, FCC)의 부산물로서 주로 얻어지며, 최근에는 비석유 화학원료로부터도 얻어지고 있다. 예를 들어 프로판(propane)의 탈수소 공정(propane dehydrogenation, PDH)이나 메탄올 기반 공정이 대표적이다. 상기 메탄올 기반 공정에는 메탄올로부터의 경질 올레핀 제조공정(methanol-to-olefins, MTO)과 메탄올로부터의 프로필렌 제조공정(methanol-to-propylene, MTP)이 있다.Generally, in petrochemistry, propylene is mainly obtained as a by-product of pyrolysis of naphtha and fluidized catalytic cracking (FCC), and recently it is also obtained from non-petrochemical raw materials. For example, propane dehydrogenation (PDH) or methanol-based processes are typical examples of propane. The methanol-based processes include methanol-to-olefins (MTO) from methanol and methanol-to-propylene (MTP) from methanol.

상기 MTP 공정은 Lurgi사에서 기술을 개발하여 중국의 석탄 기반 메탄올을 원료로 상업화가 진행 중에 있다. 이 공정은 고정상 반응기를 사용하고 ZSM-5 제올라이트를 촉매로 사용하는 것으로 알려져 있다.The MTP process has been developed by Lurgi to commercialize coal-based methanol as a raw material in China. This process is known to use a fixed bed reactor and ZSM-5 zeolite as a catalyst.

일반적으로 제올라이트는 결정성 알루미늄 실리케이트로 분자크기(0.2~2nm)의 미세세공(micropore)을 갖는 물질로서, 세공 특성과 이온 교환 기능에 의해 다양한 용도(촉매, 흡착제, 이온교환제, 흡수체 등)로 널리 사용되고 있다. 특히, 이들 제올라이트가 촉매 또는 촉매지지체로 사용될 때, 세공 특성은 촉매성능을 크게 좌우한다. 미세세공을 갖는 제올라이트에서, 분자가 세공 내에 확산-이동하여 반응할 때, 확산이 매우 느리게 일어나 반응이 느려지거나, 또는 부반응의 증가 내지 촉매 수명의 단축 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 제올라이트 결정 크기를 작게 만들어 외부 표면적을 크게 만듦으로써 제올라이트 결정 내 이동거리를 짧게 하거나, 제올라이트 결정 내에 중공을 만듦으로써 분자이동은 중공을 통해 일어나고 반응은 미세세공에서 일어나게 하는 방법을 통하여, 상기 미세세공 제올라이트의 단점을 극복하고자 하는 시도가 있어왔다.Generally, zeolite is crystalline aluminosilicate and has micropore size of molecular size (0.2 ~ 2nm). It can be used for various applications (catalyst, adsorbent, ion exchanger, absorber, etc.) by pore characteristics and ion exchange function. Widely used. Particularly, when these zeolites are used as catalysts or catalyst supports, the pore characteristics greatly influence the catalyst performance. In a zeolite having fine pores, when a molecule diffuses-moves and reacts in a pore, the diffusion occurs very slowly, so that the reaction may be slowed, or a problem such as an increase in side reaction or shortening of the catalyst life may occur. In order to solve this problem, the size of the zeolite crystals is made small to increase the outer surface area, thereby shortening the moving distance in the zeolite crystals, or making the hollow in the zeolite crystals, so that the molecular movement occurs through the hollow and the reaction occurs in the fine pores , Attempts have been made to overcome the drawbacks of the microporous zeolite.

미세세공만 있는 경우보다 미세세공과 중공을 동시에 가지게 되면 촉매 성능이 크게 향상되며, 특히 촉매수명이 길어지거나 선택성이 개선되는 장점을 가지게 된다. 미세세공만 있는 경우에는 반응물이나 생성물이 제올라이트 세공을 통과하는 길이가 길어 부반응이 일어나고, 코크를 생성시켜 촉매 수명을 단축시키고, 및 분자의 확산속도를 느리게 한다. 한편 중공세공을 갖는 제올라이트의 경우, 반응은 주로 미세세공 내에서 일어나나, 물질(반응물이나 생성물)의 이동은 미세세공에 이웃하고 있는 중공을 통해 빠르게 일어나게 된다. 이로써 미세세공 내에서의 머무름 시간이 짧아 촉매의 선택성이 뛰어나고, 코크생성이 적어 촉매 수명이 긴 장점을 가지게 된다. 미세세공으로만 이루어진 제올라이트는 제올라이트 결정의 표면에서만 주로 반응에 참여하는 특성이 있으나, 중공세공을 갖는 제올라이트는 결정 전체에서 촉매반응에 참여함으로써 활용도가 높은 장점도 있다.If the micropores and hollows are present at the same time as the case of the micropores alone, the catalyst performance is greatly improved, and the catalyst life is prolonged or the selectivity is improved. In the case of only fine pores, the length of the reactant or product passing through the zeolite pores is long, causing side reactions, shortening the catalyst life, and slowing the diffusion rate of the molecules by producing coke. On the other hand, in the case of zeolites with hollow pores, the reaction takes place mainly in the micropores, but the movement of the materials (reactants or products) takes place rapidly through the micropores adjacent to the micropores. As a result, the retention time in the fine pores is short, so that the selectivity of the catalyst is excellent, and the catalyst has a long catalyst life with little coke formation. The zeolite composed only of micropore has a characteristic of mainly participating in the reaction only on the surface of the zeolite crystal, but the zeolite having the hollow pore has a high utilization degree by participating in the catalytic reaction in the whole crystal.

중공세공을 갖는 제올라이트의 제조는 다양한 방법으로 시도되어 왔다.The preparation of zeolites with hollow pores has been attempted in a variety of ways.

첫 번째로는, 규칙적인 중공을 가지나 내벽이 비정질의 실리카(SiO2)나 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3)로 이루어진 물질을 먼저 합성한 후, 여기에 제올라이트 합성용 유기 아민 주형체(template)를 함침하고, 이를 수열합성에 의해 비정질의 내벽을 제올라이트 결정질로 전환함으로써, 중공을 갖는 제올라이트를 합성하는 방법이다(Chemistry of Materials 13(2001), pp.683-687 및 미국특허 등록번호 제6,669,924호).First, a material composed of silica (SiO 2 ) or silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) having a regular hollow but having an inner wall as an amorphous material is synthesized first, and then an organic amine- (2001), pp. 683-687, and U.S. Patent No. 6,104,308, which is incorporated herein by reference in its entirety), and then converting the inner wall of the amorphous into the crystalline zeolite by hydrothermal synthesis (Chemistry of Materials 13 6,669,924).

두 번째는 첫 번째와 유사한 방법으로서, 유기 아민 주형체 대신 제올라이트 씨드(seed)를 중공을 가진 비정질 물질에 함침시킨 후, 마찬가지로 중공의 내벽을 수열합성에 의해 제올라이트 결정질화 시킴으로써 중공형 제올라이트를 제조하는 것이다(Angewandte Chemie International, 41(2002), P1036-1040).In the second method, a zeolite seed is impregnated with an amorphous material having a hollow in place of the organic amine predominant form, and then a hollow zeolite is produced by nitriding zeolite by hydrothermal synthesis in the same manner as in the first method (Angewandte Chemie International, 41 (2002), P1036-1040).

세번째 방법은 Al, Si 등과 같은 제올라이트 합성에 필요한 소스(source)에 유기물을 주형체로서 혼합한 후, 이를 수열합성함으로써 중공형 제올라이트를 제조하는 방법이다(유럽특허 등록번호 제1,882,676호).The third method is a method of preparing a hollow zeolite by mixing an organic material as a main body with a source necessary for the synthesis of zeolite such as Al and Si and hydrothermally synthesizing the organic material (European Patent Registration No. 1,882,676).

네 번째는 유기실란기를 갖는 계면활성제를 사용하는 것으로서, 실란기가 제올라이트 표면과 결합하고, 실란기에 붙은 긴사슬 탄화수소(long chain hydrocarbon)가 중공 형성에 기여함으로써 중공형 제올라이트를 제조하는 것이다(대한민국특허 등록번호 제10-727288호).The fourth is to use a surfactant having an organosilane group and to produce a hollow zeolite by bonding a silane group to a zeolite surface and a long chain hydrocarbon attached to the silane group to contribute to the formation of hollow No. 10-727288).

다섯 번째는 중공 형성을 위해 활성탄과 같은 주형을 제올라이트 합성젤과 섞은 후, 수열합성에 의해 중공형 제올라이트를 합성하는 것이다(미국특허 공개번호 제2001-0003117호).Fifth, a hollow-type zeolite is synthesized by hydrothermal synthesis after mixing a template such as activated carbon with a zeolite synthetic gel for hollow formation (U.S. Patent Publication No. 2001-0003117).

여섯 번째 방법은 합성된 제올라이트의 탈알루미늄(dealumination)이나 탈규소(desilication)에 의해 제올라이트 결정 내에 중공을 도입하는 것이다(미국특허 등록번호 제5,069,890호, 유럽특허 등록번호 제0,528,494호 및 미국특허 등록번호 제6,017,508호).The sixth method is to introduce a hollow into the zeolite crystals by dealumination or desilication of the synthesized zeolite (U.S. Patent No. 5,069,890, European Patent Registration No. 0,528,494, 6,017,508).

한편, 상기 종래 연구되어온 중공세공을 갖는 제올라이트는 수소첨가반응용 촉매, 아로마틱스 제조용 촉매 등으로 일반적인 용도에 관한 것이거나 단순히 중공세공을 생성하는 방법에 초점이 맞추어져 있을 뿐, 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하기 위한 용도로서의 중공세공 제올라이트는 아직 보고된 바 없다.
On the other hand, the zeolite having the above-mentioned conventional hollow pores has been generally used for a hydrogenation catalyst, a catalyst for producing aromatics or the like, or merely focuses on a method for producing hollow pores, Have not yet been reported.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 결정 내에 중공세공을 가짐과 동시에 산점이 인(P)으로 개질된 제올라이트를 프로필렌 제조 반응에 사용한 결과, 높은 프로필렌의 선택도, 긴 촉매 수명 및 우수한 수열안정성을 가질 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
Under these circumstances, the present inventors have found that when a zeolite having hollow pores in its crystal and modified with phosphorus (P) at its acid site is used in the production of propylene, it can have high selectivity for propylene, long catalyst life and excellent hydrothermal stability Thereby completing the present invention.

본 발명의 제1양태는 결정 내에 중공세공(mesopore) 및 상기 중공세공 내부에 형성된 미세세공(micropore)을 갖는 제올라이트를 포함하는 촉매로서, 상기 중공세공은 직경이 2nm 이상, 세공부피 0.1cc/g 이상이며, 상기 중공세공 및 미세세공을 포함한 전체 세공의 평균 직경이 3nm 이상이고, 상기 제올라이트의 전체 BET 비표면적이 350m2/g 이상이며, 상기 제올라이트의 강산점의 밀도가 0.04 내지 0.3 mmol/g이고, 상기 제올라이트는 이의 표면 및 세공 내부가 인(P)으로 개질된 것을 특징으로 하는 함산소화물(oxygenates)로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제공한다.A first aspect of the present invention is a catalyst comprising a zeolite having a mesopore in the crystal and a micropore formed in the hollow pore, wherein the hollow pore has a diameter of 2 nm or more, a pore volume of 0.1 cc / g Wherein the average diameter of all the pores including the hollow pores and the fine pores is 3 nm or more, the total BET specific surface area of the zeolite is 350 m 2 / g or more, the density of the strong acid point of the zeolite is 0.04 to 0.3 mmol / g And the zeolite is modified with phosphorus (P) in its surface and pore interior. The zeolite catalyst for the production of propylene from oxygenates is provided.

본 발명의 제2양태는 골격 내 Si/Al 몰비가 80 이상인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 제1단계; 수용성 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온(quaternery ammonium ion)을 함유하는 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 제2단계; 상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 H+ 또는 NH4+로 이온교환하는 제3단계; 상기 제3단계에서 이온교환된 제올라이트를 건조 및 소성하는 제4단계; 상기 제4단계에서 건조 및 소성된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 제6단계를 포함하는, 상기 제1양태의 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제조하는 방법을 제공한다.A second aspect of the present invention is a method for producing a zeolite-containing slurry, comprising: a first step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or more to 40 占 폚 to 100 占 폚; A second step of adding a basic solution containing a water-soluble aluminum precursor or quaternary ammonium ions to the slurry of the first stage to form hollow pores in the zeolite; A third step of ion-exchanging the zeolite formed with the hollow pores in the second step with H + or NH4 + ; A fourth step of drying and firing the zeolite ion-exchanged in the third step; A fifth step of treating the dried and calcined zeolite with phosphorus (P) precursor in the fourth step; And a sixth step of firing the zeolite treated with the phosphorus (P) precursor in the fifth step. The zeolite catalyst for producing propylene from the oxygenate of the first aspect is prepared.

본 발명의 제3양태는 골격 내 Si/Al 몰비가 80 이하인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 제1단계; 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 제2단계; 상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 수증기 하에서 가열하여 제올라이트 골격 내의 알루미늄의 일부를 제거하는 제3단계; 상기 제3단계에서 수증기 처리된 제올라이트에 산(acid)을 처리하여 제올라이트의 비골격 알루미늄을 제거하는 제4단계; 상기 제4단계에서 산 처리된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 제6단계를 포함하는, 상기 제1양태의 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제조하는 방법을 제공한다.A third aspect of the present invention is a method for producing a zeolite comprising: a first step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or less to 40 to 100 캜; A second step of adding a basic solution to the slurry of the first step to form hollow pores in the zeolite; A third step of removing a part of aluminum in the zeolite framework by heating the zeolite formed with the hollow pores in the second step under steam; A fourth step of treating the steam-treated zeolite in the third step with an acid to remove the non-skeletal aluminum of the zeolite; A fifth step of treating the acid-treated zeolite with phosphorus (P) precursor in the fourth step; And a sixth step of firing the zeolite treated with the phosphorus (P) precursor in the fifth step. The zeolite catalyst for producing propylene from the oxygenate of the first aspect is prepared.

본 발명의 제4양태는 상기 제1양태의 제올라이트 촉매, 제2양태 또는 제3양태의 제조방법에 의해 제조된 제올라이트 촉매 하에서 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 방법을 제공한다.
A fourth aspect of the present invention provides a method for producing propylene from an oxygenate under the zeolite catalyst produced by the zeolite catalyst of the first aspect, the method of the second or third aspect.

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

고체산 촉매는 고체표면에 브뢴스테드 및/또는 루이스 산점이 있는 촉매물질이며, 석유화학 공업에서는 접촉분해, 이성질화, 알킬화 등 여러 공정에서 사용되고 있다. 상기 고체산 촉매의 대표적인 예로는 제올라이트 촉매가 있다. 제올라이트는 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)이 산소를 다리로 해서 서로 결합하고 있기 때문에 산점이 생성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 제올라이트는 MFI, BTA 또는 MOR 구조를 가질 수 있으며, 여기에 추가로 중공세공이 도입된 것을 특징으로 한다.Solid acid catalysts are catalytic materials with Bronsted and / or Lewis acid sites on the solid surface and are used in petrochemical industry in various processes such as catalytic cracking, isomerization, alkylation and the like. A representative example of the solid acid catalyst is a zeolite catalyst. The zeolite can generate acid sites because silicon (Si) and aluminum (Al) are bonded to each other with oxygen as a bridge. In the present invention, the zeolite may have an MFI, BTA or MOR structure, and further, a hollow pore is introduced.

종래의 함산소화물에서 프로필렌을 제조하는 촉매의 경우 대부분 미세세공 제올라이트를 주로 사용해왔다. 함산소화물로부터 프로필렌으로의 전환 반응에 있어서 포화탄화수소, 아로마틱스 또는 코크는 프로필렌에 비하여 열역학적으로 더 안정하다(즉, 포화탄화수소 등의 전구체로서 중간 생성물임). 따라서 이들에 비해 중간 생성물인 프로필렌의 선택도를 더 높이기 위해서는 촉매의 강산점의 밀도뿐만 아니라 세공 특성을 적절하게 선택해야 한다. 그런데 미세세공으로만 이루어진 제올라이트 촉매는 반응물이나 생성물이 미세세공을 통과하는 길이가 길어 프로필렌과 같은 생성물의 선택도가 떨어지고 코크생성에 의한 촉매 비활성화가 심화되는 문제가 있다. 즉, 미세세공 내에서 생성된 프로필렌은 긴 미세세공을 천천히 통과하면서 더욱더 반응하여 포화탄화수소, 아로마틱스 또는 코크로 전환되기 때문에, 생성된 프로필렌이 빠르게 세공을 통과하도록 통과 길이를 짧게 함으로써 더 이상의 반응을 막는 것이 필요하다. 따라서 본 발명은 제올라이트 결정질 내에 중공세공(mesopore)을 도입하여 미세세공의 긴 확산거리를 감소시킴으로써, 미세세공에서 생성된 프로필렌이 중공세공을 통하여 빠르게 빠져 나가도록 하여(미세세공 내에서의 머무름 시간 감소), 프로필렌의 선택도를 월등히 높였다. 이와 동시에 프로필렌이 더 반응하기 전에 세공을 빠져나감으로써, 미세세공 내에서 촉매 비활성화 물질인 코크의 생성이 줄어들 수 있으며, 결과적으로 촉매 수명이 증가될 수 있다.Most of the catalysts for the production of propylene from conventional oxygenates have used mostly microporous zeolites. In the conversion of propylene oxide to propylene, saturated hydrocarbons, aromatics, or coke are thermodynamically more stable than propylene (i.e., precursors such as saturated hydrocarbons are intermediate products). Therefore, in order to further increase the selectivity of the intermediate product, propylene, the pore characteristics as well as the density of the strong acid point of the catalyst should be appropriately selected. However, the zeolite catalyst composed of only fine pores has a problem that the selectivity of products such as propylene is lowered and the catalyst deactivation due to the formation of coke is intensified because the length of the reactant or product passing through the fine pores is long. That is, the propylene produced in the fine pores is converted into saturated hydrocarbons, aromatics, or coke by reacting more slowly while passing through the fine micropores, so that the resulting propylene rapidly passes through the pores, It is necessary to prevent it. Accordingly, the present invention reduces the long diffusion distance of micropores by introducing mesopores into the zeolite crystals, thereby allowing the propylene produced in the micropores to quickly escape through the micropores (reduction in retention time in micropores ), And the selectivity of propylene was remarkably increased. At the same time, by escaping the pores before the propylene reacts further, the production of the coke as a catalyst deactivation material in the micropore can be reduced, and as a result, the catalyst life can be increased.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 중공세공 및 이의 내부에 형성된 미세세공을 함께 갖는 본 발명의 제올라이트 촉매가, 미세세공만을 갖는 제올라이트 촉매에 비해 촉매 특성이 월등히 우수함을 확인하였다(실험예 2).In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the zeolite catalyst of the present invention having hollow pores and fine pores formed therein had much better catalytic properties than the zeolite catalyst having only micropores (Experimental Example 2).

나아가, 함산소화물로부터 프로필렌 제조 반응 시, 생성된 물에 의해 산촉매로 작용하는 알루미늄이 제올라이트의 골격에서 빠져나와 고체산으로서의 활성을 영구히 잃어버리는 문제가 있다. 이러한 제올라이트 촉매의 수열안정성 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 이의 표면 및 세공 내부의 산점을 인(P)으로 개질함으로써 이의 수열안정성을 증대시켰다.Furthermore, when propylene is produced from the oxygen-containing compound, aluminum acting as an acid catalyst by the generated water escapes from the skeleton of the zeolite to permanently lose its activity as a solid acid. In order to solve the hydrothermal stability problem of such a zeolite catalyst, the present invention increased its hydrothermal stability by modifying the acid sites in its surface and pores to phosphorus (P).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명의 인(P)으로 개질된 제올라이트 촉매는 그렇지 않은 경우와 비교하여 프로필렌 선택도 및 촉매 수명이 더 우수함을 확인하였다(실험예 2).
In one embodiment of the present invention, the zeolite catalyst modified with phosphorus (P) of the present invention was found to have higher propylene selectivity and catalyst life than that of the zeolite catalyst of the present invention (Experimental Example 2).

상기와 같이, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 중공세공을 가짐과 동시에 표면 및 세공 내부가 인으로 개질됨으로써, 단순히 미세세공만을 갖는 제올라이트 촉매에 비해 프로필렌 제조 반응에 있어서 더 우수한 촉매 성능 및 수명을 가짐을 발견함에 기초한다.As described above, the zeolite catalyst according to the present invention has hollow pores and is modified into phosphorus on the surface and inside of the pores, so that it has better catalytic performance and lifetime in the propylene production reaction than a zeolite catalyst having only micropores It is based on discovery.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 결정 내에 중공세공 및 상기 중공세공 내부에 형성된 미세세공을 갖는다.The zeolite catalyst according to the present invention has hollow pores in the crystal and fine pores formed in the hollow pores.

본 발명의 제올라이트에 있어서, 상기 중공세공은 공경이 중간 정도의 세공으로서, 이의 크기에 대해서는 명확한 정의가 없으나 IUPAC에서는 일반적으로 직경 2nm 이상 50nm 이하의 세공을 중공세공이라 칭할 것을 권장하고 있다. 본 발명에 있어서, 상기 중공세공은 제올라이트 골격 내에 존재하는 직경이 2nm 이상, 세공부피 0.1cc/g 이상인 세공(pore)으로서, 이보다 직경 및 세공부피가 작을 경우 중공 특성(예를 들어, 크누센 확산 발생 등)이 잘 나타나지 않아 종래의 미세세공으로 이루어진 제올라이트 촉매와 비교하여 촉매 성능에 큰 차이가 없을 수 있다. 한편, 상기 중공세공의 평균직경은 50nm 이하일 수 있으나, 이는 특별히 제한되는 것은 아니며 본 기술분야에서 일컫는 일반적인 중공세공의 범위 내일 수 있다. 중공세공의 평균직경과 세공 부피는 질소 흡-탈착 등온선에서 흡착된 질소의 양으로 계산될 수 있다.In the zeolite of the present invention, the hollow pores have a medium pore diameter, and their sizes are not clearly defined. However, in IUPAC, it is generally recommended that pores having a diameter of 2 nm to 50 nm are referred to as hollow pores. In the present invention, the hollow pores are pores having a diameter of 2 nm or more and a pore volume of 0.1 cc / g or more in the zeolite skeleton. When the diameters and the pore volume are smaller than the above, hollow properties (for example, Generation, etc.) of the zeolite catalyst does not appear well, so that there is no significant difference in catalytic performance as compared with the conventional microporous zeolite catalyst. On the other hand, the average diameter of the hollow pores may be 50 nm or less, but is not particularly limited and may be within the range of general hollow pores referred to in the technical field. The average diameter and pore volume of the hollow pores can be calculated as the amount of nitrogen adsorbed at the nitrogen adsorption-desorption isotherm.

한편, 상기 중공세공 내부에는 이보다 더 작은 미세세공이 형성되어 있다. 상기 미세세공은 직경이 상기 중공세공보다 더 작은 것으로, 일반적으로 IUPAC에서는 2nm이하의 세공을 미세세공이라 칭한다. 상기 미세세공은 일반적으로 그 직경이 중공세공에 비해 현저히 더 작기 때문에, 제올라이트 골격 내에서 중공세공의 내부에 형성되어 2차적인 세공 시스템을 이룰 수 있다.On the other hand, smaller micropores are formed inside the hollow pores. The micropores are smaller in diameter than the hollow micropores. Generally, in IUPAC, micropores having a diameter of 2 nm or less are called micropores. Since the micropores are generally much smaller in diameter than the hollow micropores, they can be formed in the interior of the hollow micropores within the zeolite framework to achieve a secondary microporous system.

상기 미세세공은 중공세공에 비하여 이의 내에서의 분자 확산속도가 세공 표면과 확산분자의 상호작용에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서, 본 발명의 프로필렌과 같은 분자들은 미세세공과의 상호작용으로 이의 내부에서 확산 속도가 지체될 수 있다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 중공세공 내부에 미세세공이 형성되어 있는 것으로, 종래의 미세세공 제올라이트에 비하여 중공세공이 미세세공의 일부를 대체함으로써 미세세공 확산 구간이 더 짧을 수 있다. 따라서 미세세공에서 형성된 프로필렌은 더 빠른 시간 내에 미세세공에서 빠져나와 중공세공을 통해 외부로 재빨리 확산될 수 있다.In the micropores, the molecular diffusion rate within the micropores is greatly influenced by the interaction between the pore surface and the diffusion molecules, as compared with the hollow micropores. Thus, molecules such as the propylene of the present invention can interfere with micropores and delay diffusion rates therein. However, as described above, since micropores are formed in the hollow pores of the present invention, the micropore diffusion period may be shorter by replacing a part of the micropores with the conventional microporous zeolite. Thus, the propylene formed in the micropores can escape from the micropores sooner and spread quickly out through the hollow micropores.

본 발명에 있어서, 상기 제올라이트는 이의 결정 내에 형성된 중공세공 및 미세세공을 포함한 전체 세공의 평균 직경이 3nm 이상일 수 있으며, 바람직하기로 3nm 내지 30nm 일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 만약 상기 전체 세공의 평균 직경이 3nm보다 작을 경우, 중공 특성이 잘 나타나지 않을 수 있다. 상기 중공세공 및 미세세공을 포함한 전체 세공의 평균 직경도, 질소 흡-탈착 등온선으로부터 계산될 수 있다.In the present invention, the average diameter of the pores including the hollow pores and the fine pores formed in the crystal of the zeolite may be 3 nm or more, preferably 3 nm to 30 nm, but is not particularly limited. If the average diameter of the total pores is less than 3 nm, the hollow characteristics may not be exhibited. The average diameter of the total pores, including the hollow pores and the fine pores, can also be calculated from the nitrogen adsorption-desorption isotherm.

본 발명의 중공세공을 갖는 제올라이트는, 이의 비표면적이 미세세공만으로 이루어진 제올라이트에 비해 일반적으로 더 클 수 있다. 따라서 상기 제올라이트의 전체 BET 비표면적은 350m2/g 이상일 수 있으며, 클수록 바람직하며, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.The zeolite having the hollow pores of the present invention can generally have a larger specific surface area than the zeolite composed of only fine pores. Therefore, the total BET specific surface area of the zeolite may be more than 350 m 2 / g, and the larger the BET specific surface area is, the more preferable.

한편, 본 발명에 따른 상기 제올라이트는 특별히 제한되는 것은 아니나, H-ZSM-5임이 바람직하다. ZSM-5 촉매는 앞서 설명한 바와 같이 프로필렌 제조용 촉매로 널리 사용되고 있다. 보다 구체적으로, ZSM-5는 결정성 규산 알루미늄(crystalline aluminosilicate) 화합물인 제올라이트의 일종으로 MFI 형으로 분류된다. ZSM-5는 중심 원자인 실리콘과 알루미늄 원자가 산소 원자 네 개와 정사면체(TO4)형태로 배위하며, 이들이 서로 꼭지점 산소를 공유하면서 규칙적으로 배열되어 3차원적 구조를 이룬 결정성 물질이다. ZSM-5는 일정한 모양의 2차 결합구조(secondary building unit) 단위가 규칙적으로 배열됨으로써 크기와 모양이 일정한 세공이 규칙적으로 형성되어 있다.Meanwhile, the zeolite according to the present invention is not particularly limited, but is preferably H-ZSM-5. The ZSM-5 catalyst is widely used as a catalyst for producing propylene as described above. More specifically, ZSM-5 is a type of zeolite which is a crystalline aluminosilicate compound and is classified as MFI type. ZSM-5 is a crystalline material in which the central atoms, silicon and aluminum atoms, are coordinated in the form of four oxygen atoms and tetrahedra (TO 4 ), which are regularly arranged with each other sharing vertex oxygen. In the ZSM-5, pores having a uniform size and shape are regularly formed by regularly arranging secondary building unit units of a certain shape.

ZSM-5는 이의 골격중심 원자가 실리콘과 알루미늄으로 이루어져 있어 골격의 전하 차이에 기인한 양이온 교환 성질이 나타난다. -2가인 산소원자를 이웃한 TO4 단위와 공유하고 있음으로 인하여, 실리콘 원자 하나에 미치는 산소 원자의 실제 전하는 -1가이다. 따라서 중심원자가 실리콘인 단위에서는 4개 산소원자의 -4가 음전하가 실리콘 원자의 +4 양전하와 중화될 수 있다. 그러나 알루미늄 원자의 전하는 +3가 이어서, 알루미늄 원자가 중심에 위치한 TO4 단위가 전기적으로 중성이 되려면 추가적인 양이온이 필요하다. 따라서 알루미늄이 함유된 제올라이트가 전기적으로 중성을 유지하기 위해서는 양전하를 띈 이온과의 이온교환이 필요하다.ZSM-5 has a cation exchange property due to the charge difference of the skeleton because its skeletal center atom is composed of silicon and aluminum. The actual charge of an oxygen atom on one silicon atom is -1, because it shares an oxygen atom of -2 with a neighboring TO 4 unit. Therefore, in a unit where the central atom is silicon, a negative charge of -4 oxygen atoms can be neutralized with a +4 positive charge of the silicon atom. However, the charge of the aluminum atom is +3, so additional cation is needed for the TO 4 unit located at the center of the aluminum atom to be electrically neutral. Thus, in order for aluminum-containing zeolites to retain their electrical neutrality, ion exchange with positively charged ions is required.

상기와 같은 원리로, ZSM-5와 같은 제올라이트는 전기적으로 중성이 아님으로 인하여 산점을 가질 수 있다. 이러한 고체산 촉매가 갖는 산점의 세기 및 밀도에 따라 촉매의 활성과 특정 생성물 선택성이 달라질 수 있으며, 이러한 견지에서 함산소화물로부터 프로필렌 제조 시, 제올라이트 촉매의 적절한 강산점 밀도가 중요하다. 본 발명에 따른 제올라이트에 있어서, 상기 강산점 밀도는 프로필렌 선택도를 고려하였을 때 0.04 내지 0.3 mmol/g임이 바람직하다. 한편, 이와 같은 강산점 밀도는 H+-form 형태의 제올라이트의 경우 골격내의 알루미늄 함량에 의존하며, 일반적으로 골격 내의 Si/Al 원자비(몰비)로 나타낼 수 있다.With such a principle, a zeolite such as ZSM-5 is not electrically neutral and can have a acid point. Depending on the strength and density of the acid sites of the solid acid catalyst, the activity of the catalyst and the specific product selectivity may vary. From this point of view, the proper acid concentration of the zeolite catalyst is important in the production of propylene from oxygenates. In the zeolite according to the present invention, the strong acid point density is preferably 0.04 to 0.3 mmol / g when the propylene selectivity is taken into consideration. On the other hand, such a strong acid spot density depends on the aluminum content in the skeleton in the case of the H + -form type zeolite, and can generally be represented by the Si / Al atomic ratio (molar ratio) in the skeleton.

본 발명에 따른 제올라이트의 바람직한 Si/Al 몰비는 80 내지 1000이며, 보다 바람직하게는 150 내지 800 일 수 있다. Si/Al 몰비가 80보다 작으면 제올라이트 내 강산점의 수가 많아져, 함산소화물로부터 프로필렌 제조 시 탄화수소 내의 수소 전이(hydrogen transfer) 반응이 우세해질 수 있다. 이로써 프로필렌 대신 포화 탄화수소나 아로마틱스(aromatics) 또는 코크의 생성이 증가하여 프로필렌 선택도를 떨어뜨리고 촉매수명을 단축시킬 수 있다. 한편 제올라이트 골격내 Si/Al 원자비가 1000보다 크면 제올라이트 강산점의 수가 지나치게 적어져, 즉, 촉매 활성점의 수가 적어져 촉매 활성이 낮아지고 쉽게 촉매 비활성화가 될 수 있다. 이는 낮은 활성점 밀도를 갖는 촉매에서 비활성화가 일어날 경우, 결국 전체 촉매의 비활성화가 일어남을 의미하는 것이기 때문이다.The preferred Si / Al molar ratio of the zeolite according to the present invention is 80 to 1000, more preferably 150 to 800. When the Si / Al molar ratio is less than 80, the number of strong acid sites in the zeolite increases, and the hydrogen transfer reaction in the hydrocarbons may become dominant in the production of propylene from the oxygenates. This results in an increase in the production of saturated hydrocarbons, aromatics or cokes instead of propylene, which can lower propylene selectivity and shorten catalyst life. On the other hand, if the Si / Al atomic ratio in the zeolite skeleton is larger than 1000, the number of zeolite strong acid sites is excessively reduced, that is, the number of catalytic active sites is reduced to lower the catalytic activity and the catalyst can be easily deactivated. This is because if deactivation occurs in a catalyst having a low active point density, the deactivation of the entire catalyst eventually occurs.

일반적으로 제올라이트는 고체산 촉매반응에서 두 가지 측면에서 비활성화가 일어날 수 있다. 첫째는 반응물이나 생성물이 산(acid)점에서 반응하여 코크를 생성함으로서 비활성화되는 경우이다. 이는 코크를 태움으로써 촉매의 재생이 가능하다. 두 번째는 제올라이트 내에서 산점으로 작용하는 알루미늄이 제올라이트 골격 내에서 빠져나옴으로서 산점이 약화되어 비활성화가 일어나는 경우이다. 상기 두 번째 경우는 일반적으로 비가역적으로 일어나고, 고온에서 수분이 있는 조건에서 특히 잘 일어난다. 이는 비가역적인 과정이기 때문에 촉매 재생이 어려우므로, 제올라이트 내 탈알루미늄(dealumination)방지를 하는 것이 필요하다.In general, zeolites can be deactivated in two ways in solid acid catalysis. First, the reactant or product reacts at the acid point to form a coke, which is inactivated. This makes it possible to regenerate the catalyst by burning the coke. The second case is that the aluminum that acts as the acid in the zeolite escapes from the zeolite skeleton, leading to deactivation of the acid point. The second case generally occurs irreversibly and occurs particularly well under moist conditions at high temperatures. Since this is an irreversible process, it is difficult to regenerate the catalyst, so it is necessary to prevent dealumination in the zeolite.

본 발명에서는 상기와 같은 비가역적인 탈알루미늄을 방지하기 위하여 인(P) 함유 화합물로 제올라이트 촉매를 처리한다. 이로써 본 발명에 따른 제올라이트는 산점이 인(P)으로 개질됨으로써, 골격 내 알루미늄의 수열안정성이 상승할 뿐만 아니라 강산점을 약화시키고, 제올라이트 내에서 중공 형성 시 생성된 결함점(defect site)을 인(P)으로 마스킹(masking) 할 수 있다. 따라서 본 발명의 촉매는 프로필렌의 선택도가 증가함과 동시에 촉매수명이 비약적으로 증가함을 확인한 바 있다(실험예 2).In the present invention, a zeolite catalyst is treated with a phosphorus (P) -containing compound to prevent irreversible dealumination as described above. As a result, the zeolite according to the present invention is modified into phosphorus (P) having an acid point, so that the hydrothermal stability of the aluminum in the framework is increased and the strong acid point is weakened and the defect site generated in the formation of the hollow in the zeolite is reduced (P). ≪ / RTI > Therefore, it has been confirmed that the catalyst of the present invention increases the selectivity of propylene and the catalyst life remarkably (Experimental Example 2).

보다 구체적으로, 본 발명에 있어서 인(P)을 처리함에 따라 제올라이트 골격이 인으로 개질되는 경우, 이에 대한 다양한 모델들이 제안될 수 있다. 대표적으로 인산(H3PO4)으로 처리되는 경우, 하기 화학식 2와 같이 제올라이트의 산점과 인이 상호작용으로 직접 결합하는 모델이 있다(화학식 2의 a 및 b). 또는 인과 제올라이트 골격 사이에 이온의 상호작용으로 결합하는 모델이 있다(화학식 2의 c 및 d). 본 발명에 있어서, 이러한 모델은 예시적인 것이며 특별히 제한되는 것은 아니다.More specifically, in the present invention, when the zeolite skeleton is modified into phosphorus by treating phosphorus (P), various models therefor can be proposed. Typically, when treated with phosphoric acid (H 3 PO 4 ), there is a model in which the acid point of the zeolite and the phosphorus are directly bonded by the interaction as shown in the following Chemical Formula 2 (a and b in Chemical Formula 2). Or by interaction of ions between the phosphorus and the zeolite framework (c and d in formula (2)). In the present invention, such a model is an exemplary one and is not particularly limited.

[화학식 2](2)

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인이 산점과 결합된 P-OH 그룹은 산점이 매우 약하기 때문에, 만약 인이 과다하게 처리된다면 제올라이트는 산성도를 크게 잃을 수 있다. 이 경우 결과적으로 제올라이트 골격 내에 알루미늄이 존재하여도 강한 산점을 요구하는 반응을 수행할 만큼의 산성도를 가지지 못하게 되어 촉매 특성이 상당히 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 상기 제올라이트는 처리되는 인(P)의 양이 적절히 조절될 필요가 있으며, 결과적으로 상기 제올라이트는 이의 중량에 대하여 원소 기준 중량비로 0.1 내지 10%의 인(P)을 함유함이 바람직하나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.The P-OH group associated with the phosphorus acid sites is very weak in acidity, so if the phosphorus is treated excessively, the zeolite can lose its acidity significantly. In this case, even if aluminum is present in the zeolite framework, the catalyst may not have sufficient acidity to perform a reaction requiring a strong acid point, and the catalyst characteristics may be significantly deteriorated. Therefore, in the present invention, the zeolite needs to be properly controlled in the amount of phosphorus (P) to be treated, and as a result, the zeolite contains 0.1 to 10% phosphorus (P) in terms of element weight basis But is not particularly limited thereto.

본 발명에 있어서, 일반적으로 제올라이트는 분말상태로 얻어지기 때문에 촉매로 사용하기 위해서는 성형을 함이 바람직하다. 이때 무기물 결합제(binder) 내지 충진제(filler)를 사용하여 적정 이상의 물리적 강도를 유지하게 할 수 있다. 상기 결합제(또는 충진제)는 상기 제올라이트와 함께 혼합되어 본 발명의 제올라이트 촉매를 이룰 수 있다. 이때, 상기 결합제의 양은 이를 포함한 제올라이트 촉매 전체에 대하여 20 내지 80 중량%일 수 있다. 상기 촉매에 있어서, 제올라이트의 함유량이 20 중량% 미만이면 제올라이트 함유량이 너무 적어서 촉매로서의 충분한 효과를 나타내기 어렵고, 80 중량%를 초과하면 상대적으로 무기질 결합제의 함유량이 적어서 성형촉매의 강도 증대 및 수열안정성 증대 등의 효과를 충분히 나타내기 어렵다. 촉매 성형은 다양한 모양으로 제조될 수 있으며 방법으로는 압출성형(extrudation), 펠렛화(pelletizing), 회전구형성형법, 스프레이 드라이법(spray dry) 등이 있을 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 성형에 사용되는 상기 결합제는 점토(clay), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3), 금속산화물, 포스페이트(phosphate) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 충진제는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3), 금속산화물, 점토(clay) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 점토로는 비제한적으로 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 카올린(kaoline), 클리놉틸로나이트(clinoptilolite), 벤토나이트(bentonite) 등이 있을 수 있다.In the present invention, since zeolite is generally obtained in a powder state, it is preferable to form it in order to use it as a catalyst. At this time, it is possible to maintain a physical strength higher than the titration by using an inorganic binder or a filler. The binder (or filler) may be mixed with the zeolite to form the zeolite catalyst of the present invention. At this time, the amount of the binder may be 20 to 80% by weight based on the total amount of the zeolite catalyst. If the content of zeolite in the catalyst is less than 20% by weight, the content of the zeolite is too small to sufficiently exhibit the effect as a catalyst. If it exceeds 80% by weight, the content of the inorganic binder is relatively small, It is difficult to sufficiently show the effect of the increase. The catalyst can be produced in various shapes, and examples of the method include extruding, pelletizing, rotating spherical molding, spray drying, and the like, and are not particularly limited. The binder used in the molding is preferably selected from the group consisting of clay, alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ), metal oxides, And the filler may be selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ), metal oxides, clay, And is not particularly limited. The clay may include, but is not limited to, montmorillonite, saponite, kaoline, clinoptilolite, bentonite, and the like.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매는 함산소화물(oxygenates)로부터 프로필렌을 제조하는 촉매로 사용된다. 특히, 상기 촉매는 중공세공을 가짐과 동시에 표면 및 세공 내부가 인으로 개질된 제올라이트를 포함하므로, 프로필렌 제조 반응에 있어서 높은 프로필렌의 선택도 및 우수한 수열안정성을 확보할 수 있다.The zeolite catalyst according to the present invention is used as a catalyst for producing propylene from oxygenates. Particularly, since the catalyst includes zeolite having hollow pores and modified inside of the surface and pores, high propylene selectivity and excellent hydrothermal stability can be secured in the propylene production reaction.

본 발명에 있어서, 상기 “함산소화물”이란 용어는 산소원자가 포함된 C1+ 탄화수소 유도체로서, 구체적으로 알콜, 에테르 및 이들의 혼합물과 같은 화합물을 말한다. 상기 함산소화물의 비제한적인 예로는, 메탄올, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물이 있을 수 있다. 상기 함산소화물은 프로필렌을 제조하는 반응의 반응물이지만, 추가적으로 산소 원자가 포함된 물(H2O) 및/또는 산소(O2)를 이와 함께 반응물로 사용할 수 있다. 즉, 일반적으로 합성가스에서 제조되는 조(crude) 메탄올은 물이 일정 정도 포함되어 있으며(~18wt%), 따라서 이를 별도의 정제없이 바로 프로필렌 제조를 위한 반응물로 사용할 수 있다.In the present invention, the term " oxygen-containing compound " refers to a C 1 + hydrocarbon derivative containing an oxygen atom, specifically a compound such as an alcohol, an ether and a mixture thereof. Non-limiting examples of the oxygenates include methanol, dimethyl ether, or mixtures thereof. The oxygen-containing compound is a reaction product of the reaction for producing propylene, but water (H 2 O) and / or oxygen (O 2 ), in addition to oxygen atoms, can be used as a reactant. That is, in general, crude methanol produced from syngas contains a certain amount of water (~ 18 wt%) and thus can be used as a reactant for propylene production without further purification.

본 발명에 따른 제올라이트 촉매가 사용될 수 있는, 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 반응에 대해서는 뒤에서 보다 구체적으로 설명한다.
The reaction for producing propylene from an oxygenate, in which a zeolite catalyst according to the present invention can be used, will be described later in more detail.

본 발명의 제2양태는 상기 제1양태의 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제조하는 방법에 관한 것으로, A second aspect of the present invention relates to a process for preparing a zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate of the first aspect,

골격 내 Si/Al 몰비가 80 이상인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 제1단계; 수용성 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온을 함유하는 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 제2단계; 상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 H+ 또는 NH4 +로 이온교환하는 제3단계; 상기 제3단계에서 이온교환된 제올라이트를 건조 및 소성하는 제4단계; 상기 제4단계에서 건조 및 소성된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 제6단계를 포함한다.A first step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or more to 40 to 100 캜; A second step of adding a basic solution containing a water-soluble aluminum precursor or a quaternary ammonium ion to the slurry of the first step to form hollow pores in the zeolite; A third step of ion-exchanging the zeolite formed with the hollow pores in the second step with H + or NH 4 + ; A fourth step of drying and firing the zeolite ion-exchanged in the third step; A fifth step of treating the dried and calcined zeolite with phosphorus (P) precursor in the fourth step; And a sixth step of firing the zeolite treated with phosphorus (P) precursor in the fifth step.

본 발명의 상기 제2양태에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법은, 구체적으로 Si/Al 몰비가 80 이상인 제올라이트인 경우에 보다 적합할 수 있는 제조방법으로서, 이는 후술할 제3양태에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법과는 달리, 이미 제올라이트 내 Si/Al 몰비가 프로필렌 제조용 촉매에 적합할 정도의 강산점 밀도를 확보한 상태이기 때문에 Si/Al을 증가시키기 위한 탈알루미늄화 등의 단계를 포함하지 않는다.
The method for producing a zeolite catalyst according to the second embodiment of the present invention is more suitable for a zeolite having a Si / Al molar ratio of 80 or more. This is a method for preparing a zeolite catalyst according to the third embodiment There is no step of dealumination or the like for increasing Si / Al since the Si / Al molar ratio in the zeolite already has a strong acid point density sufficient for the propylene production catalyst.

상기 제1단계는 골격 내 Si/Al 몰비가 80 이상인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 단계로서, 이어지는 제2단계의 탈실리카(desilication) 반응을 위해 제올라이트 슬러리를 미리 승온하는 단계이다.The first step is a step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or more to 40 to 100 DEG C, and the zeolite slurry is previously heated for desilication reaction of the subsequent second step .

상기 제1단계의 골격 내 Si/Al 몰비가 80 이상인 제올라이트는 MFI, BTA 또는 MOR 구조를 가질 수 있으며, 바람직하기로 H-ZSM-5 제올라이트일 수 있다. 상기 Si/Al 몰비는 80 이상이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하기로 80 내지 1000이며, 보다 바람직하게는 150 내지 800일 수 있다.The zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of the first step of 80 or more may have an MFI, BTA or MOR structure, preferably H-ZSM-5 zeolite. The Si / Al molar ratio is not particularly limited as long as it is 80 or more, but is preferably 80 to 1000, more preferably 150 to 800.

상기 제1단계의 제올라이트를 함유하는 슬러리는 상기 제올라이트, 계면활성제 및 물이 혼합된 상태의 슬러리일 수 있다. 상기 물은 바람직하게는 탈이온수일 수 있다.The slurry containing the zeolite in the first step may be a slurry in which zeolite, a surfactant and water are mixed. The water may preferably be deionized water.

상기 제1단계의 가열은 제올라이트 함유 슬러리가 40℃ 내지 100℃가 되도록 가열함이 바람직하다. 만약 40℃보다 낮으면 염기에 의한 탈실리카 반응이 충분하게 이루어지지 않아 지나치게 많은 염기를 사용해야 하는 문제가 생길 수 있으며, 100℃ 보다 높으면 가압 용기를 사용해야 하는 문제 및 탈실리카 반응이 지나치게 많이 일어나 중공세공 제올라이트의 수율이 떨어지는 문제가 생길 수 있다.
The heating in the first step is preferably performed so that the zeolite-containing slurry has a temperature of 40 to 100 캜. If the temperature is lower than 40 ° C, the reaction with the base may not be sufficiently carried out to cause a problem of using too much base. If the temperature is higher than 100 ° C, the pressure vessel must be used and the silica- The yield of zeolite may be lowered.

상기 제2단계는 수용성 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온을 함유하는 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 단계로서, 탈실리카 반응에 의해 제올라이트에 중공세공을 형성하는 단계이다.The second step is to add a basic solution containing a water-soluble aluminum precursor or a quaternary ammonium ion to the slurry of the first step to form hollow pores in the zeolite, and a hollow pore is formed in the zeolite by a desilica reaction .

상기 제2단계는 염기성 용액을 상기 제1단계의 가열된 제올라이트 슬러리에 첨가함으로써 제올라이트의 부분적인 용해(탈실리카 반응)에 의해 중공세공을 형성하는 단계로서, 이때 상기 염기성 용액에는 수용성 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온이 함유됨이 바람직하다. 이는 특히 높은 실리카 함량을 갖는 제올라이트의 경우(Si/Al 몰비 80 이상), 제올라이트 골격내에 알루미늄 이온이 상대적으로 작아 염기성 용액으로 중공세공을 정교하게 도입하기 어려운 문제가 있다. 이때, 알루미늄 이온이나 4차 암모니움 이온으로 제올라이트 표면을 보호(protection)함으로써 보다 정교한 중공세공을 도입할 수 있다.
The second step is to form a hollow pore by partial dissolution (desilica reaction) of the zeolite by adding a basic solution to the heated zeolite slurry of the first step, wherein the basic solution contains a water soluble aluminum precursor or 4 It is preferable that a secondary ammonium ion is contained. In particular, in the case of a zeolite having a high silica content (Si / Al molar ratio of 80 or more), aluminum ions are relatively small in the zeolite skeleton, which makes it difficult to precisely introduce hollow pores into a basic solution. At this time, more sophisticated hollow pores can be introduced by protecting the zeolite surface with aluminum ions or quaternary ammonium ions.

상기 수용성 알루미늄 전구체로는, 비제한적으로 염화알루미늄(AlCl3) 또는 질산알루미늄(Al(NO3)3)과 같은 알루미늄 양이온 염(salt)이나 소디움알루미네이트(NaAlO2)와 같은 알루미늄 음이온 염(salt) 또는 상기 양이온 염 및 음이온 염의 혼합물일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.The water soluble aluminum precursor includes, but is not limited to, an aluminum cation salt such as aluminum chloride (AlCl 3 ) or aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) or an aluminum anion salt such as sodium aluminate (NaAlO 2 ) ) Or a mixture of the cationic salt and the anionic salt, but is not particularly limited thereto.

상기 4차 암모니움 이온으로는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The quaternary ammonium ion may be a compound represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1~C10 알킬 또는 아릴일 수 있다.In Formula 1, R 1 to R 4 may each independently be C 1 to C 10 alkyl or aryl.

보다 구체적으로, 상기 4차 암모니움 이온의 비제한적인 예로는, 테트라에틸암모니움(tetraethylammonium) 이온, 테트라프로필암모니움(tetrapropylammonium) 이온, 테트라부틸암모니움(tetrabutylammonium) 이온이 있으며, 이에 상응하는 음이온의 비제한적인 예로는, 하이드록사이드(OH-), 할라이드(halide, Cl-, Br-, I-) 등이 있으며 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.More specifically, non-limiting examples of the quaternary ammonium ion include tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, and the corresponding anion (OH - ), halide (halide, Cl - , Br - , I - ), and the like are not particularly limited.

상기 염기성 용액은 탈실리카(desilication) 반응에 사용되는 염기로서, 비제한적으로 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH)과 같은 강염기 또는 이들의 조합일 수 있으며, 또는 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3)과 같은 약염기 또는 이들의 조합일 수 있다.The basic solution may be a base used in a desilication reaction and may be, without limitation, a strong base such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), or a combination thereof, or may be sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) A weak base such as potassium carbonate (K 2 CO 3 ) or a combination thereof.

상기 제2단계에서 사용되는 염기성 용액 내의 강염기의 양은 제올라이트의 실리카 몰(mole) 대비 0.1 내지 1몰을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 강염기의 양이 0.1몰/Si몰 보다 작으면 제올라이트 내에 중공세공 형성이 충분치 않을 수 있고, 1몰/Si몰 보다 크면 제올라이트에 지나치게 탈실리카 반응이 일어나 중공세공 제올라이트의 수율이 떨어지는 문제가 생길 수 있다.The amount of the strong base in the basic solution used in the second step may be 0.1 to 1 mole based on the mole of silica of the zeolite. If the amount of the strong base is less than 0.1 mol / Si mol, the formation of hollow pores may not be sufficient in the zeolite, and if it is larger than 1 mol / Si mol, excess silica removal reaction may occur in the zeolite and the yield of the hollow pore zeolite may decrease .

상기 제2단계는 상기 제1단계의 슬러리가 교반중인 상태에서 상기 염기성 용액을 천천히 이에 가하여 탈실리카(desilication)에 의해 제올라이트에 중공세공을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2단계는 상기 1단계의 슬러리의 온도를 유지하면서 교반과 함께 염기성 용액을 천천히 가한 후, 10분 내지 24시간 동안 유지하면서 탈실리카 반응이 충분히 일어나도록 할 수 있다.In the second step, the basic solution may be slowly added thereto while the slurry of the first step is being stirred to form hollow pores in the zeolite by desilication. More specifically, in the second step, the basic solution is slowly added with stirring while maintaining the temperature of the slurry in the first step, and the desilylation reaction can be sufficiently performed while maintaining the slurry for 10 minutes to 24 hours.

상기 제3단계는 상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 H+ 또는 NH4+로 이온교환하는 단계로서, 제올라이트 표면에 붙은 비골격(non-framework) 알루미늄 이온을 제거하고 이온교환된 H+-form의 제올라이트를 제조하기 위하여 산(acid)을 처리하거나, NH4 +인 염을 처리하는 단계이다.The third step of the method comprising an ion exchange zeolite is hollow pores formed in the second step to the H + or NH4 +, the removed non-skeleton (non-framework) aluminum ions attached to the surface of zeolite and ion exchange H + -form Treating the acid to prepare the zeolite or treating the salt with NH 4 + .

상기 H+인 산은 수용액에서 H+ 이온을 발생할 수 있는 산이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 이의 비제한적인 예로는 염산, 질산, 옥살산(oxalic acid) 등이 있을 수 있다. 상기 NH4 +인 염은 수용액 내에서 NH4 + 이온을 발생할 수 있는 화합물이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 이의 비제한적인 예로서 질산암모니움(NH4NO3), 염화암모니움(NH4Cl) 등이 있을 수 있다.The H + phosphorus acid is not particularly limited as long as it is an acid capable of generating H + ions in an aqueous solution, but examples thereof include hydrochloric acid, nitric acid, oxalic acid, and the like. The NH 4 + phosphorus salt is not particularly limited as long as it is a compound capable of generating NH 4 + ions in an aqueous solution, but examples thereof include ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), ammonium chloride (NH 4 Cl) And so on.

본 발명에 있어서, 상기 제3단계 이전에, 중공세공이 형성된 상기 제2단계의 슬러리를 탈이온수로 충분히 수세하여 유리된 실리카 이온을 제거하는 단계를 추가로 거칠 수 있다.In the present invention, the step of removing the liberated silica ions by sufficiently washing the slurry of the second step formed with hollow pores with deionized water may be further performed before the third step.

상기 제4단계는 상기 제3단계에서 이온교환된 제올라이트를 건조 및 소성하는 단계로서, 이온교환된 H+-form의 제올라이트를 건조 및 소성하여 중공세공을 갖는 제올라이트를 제조하는 단계이다.The fourth step is a step of drying and firing the ion-exchanged zeolite in the third step, and drying and firing the ion-exchanged H + -form zeolite to prepare a zeolite having hollow pores.

상기 소성은 200℃ 내지 700℃ 하에서 이루어질 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.The firing may be performed at a temperature of 200 ° C to 700 ° C, but is not particularly limited.

상기 5단계는 상기 제4단계에서 건조 및 소성된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 단계로서, 상기 중공세공이 형성된 제올라이트의 표면 및 세공 내부를 인(P)으로 개질하는 단계이다.Step 5 is a step of treating zeolite dried and calcined in the fourth step with phosphorus (P) precursor, and modifying the surface and pores of the zeolite having the hollow pores to phosphorus (P).

상기 인(P) 전구체는 화학 구조 내에 인(P)을 포함하며, 제올라이트의 산점과 반응할 수 있는 화합물이라면 특별히 제한되지 않는다. 비제한적으로, 상기 인(P) 전구체로는 인산(H3PO4), NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 인산염 화합물 또는 상기 제올라이트 세공 내에 침투할 수 있는 크기의 유기인 화합물(organic phosphite)이 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인(P) 전구체로 트리메틸포스파이트(trimethyl phophite)가 사용될 수 있다.The phosphorus (P) precursor is not particularly limited as long as it contains phosphorus (P) in its chemical structure and is capable of reacting with the acid point of the zeolite. Without limitation, the phosphorus (P) precursor may be a phosphate compound selected from the group consisting of phosphoric acid (H 3 PO 4 ), NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 and mixtures thereof, There may be organic phosphite of a size that can be made. In one embodiment of the present invention, trimethyl phophite may be used as the phosphorus (P) precursor.

상기 인(P) 전구체를 처리하는 방법으로는 인(P) 전구체가 함유된 용액에 제올라이트를 함침시키거나 또는 화학증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용할 수 있다. 화학증착법을 이용하는 경우, 상기 인(P) 전구체가 기체가 될 수 있도록 가열하고, 이후 기체상태의 인(P) 전구체가 제올라이트의 기공 내로 확산되어 들어가 산점과 반응하는 방식으로 처리할 수 있다.As a method of treating the phosphorus (P) precursor, a solution containing phosphorus (P) precursor may be impregnated with zeolite or may be used by chemical vapor deposition (CVD). When the chemical vapor deposition method is used, the phosphorus (P) precursor can be heated to become a gas, and then the phosphorus (P) precursor in a gaseous state can diffuse into the pores of the zeolite and react with the acid point.

상기 제6단계는 상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 단계로서, 최종적으로 본 발명에 따른 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 수득하는 단계이다.The sixth step is a step of calcining the zeolite treated with the phosphorus (P) precursor in the fifth step, finally obtaining zeolite catalyst for producing propylene from the oxygenate according to the present invention.

상기 소성은 200℃ 내지 700℃ 하에서 이루어질 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.
The firing may be performed at a temperature of 200 ° C to 700 ° C, but is not particularly limited.

본 발명의 제3양태는 상기 제1양태의 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제조하는 방법에 관한 것으로, A third aspect of the present invention relates to a process for preparing a zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate of the first aspect,

골격 내 Si/Al 몰비가 80 이하인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 제1단계; 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 제2단계; 상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 수증기 하에서 가열하여 제올라이트 골격 내의 알루미늄의 일부를 제거하는 제3단계; 상기 제3단계에서 수증기 처리된 제올라이트에 산(acid)을 처리하여 제올라이트의 비골격 알루미늄을 제거하는 제4단계; 상기 제4단계에서 산 처리된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 제6단계를 포함한다.A first step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or less to 40 to 100 캜; A second step of adding a basic solution to the slurry of the first step to form hollow pores in the zeolite; A third step of removing a part of aluminum in the zeolite framework by heating the zeolite formed with the hollow pores in the second step under steam; A fourth step of treating the steam-treated zeolite in the third step with an acid to remove the non-skeletal aluminum of the zeolite; A fifth step of treating the acid-treated zeolite with phosphorus (P) precursor in the fourth step; And a sixth step of firing the zeolite treated with phosphorus (P) precursor in the fifth step.

본 발명의 상기 제3양태에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법은, 구체적으로 Si/Al 몰비가 80 이하인 제올라이트인 경우에 보다 적합할 수 있는 제조방법으로서, 이는 전술한 제2양태에 따른 제올라이트 촉매의 제조방법과는 달리, 제올라이트 내 Si/Al 몰비가 프로필렌 제조용 촉매에 적합한 수준에 도달하지 못한 것이므로, 이를 증가시키기 위한 탈알루미늄화 등의 단계를 포함한다.
The method for producing a zeolite catalyst according to the third aspect of the present invention is more particularly suitable for a zeolite having a Si / Al molar ratio of 80 or less, which is a process for preparing a zeolite catalyst according to the second embodiment Unlike the method, since the Si / Al molar ratio in the zeolite has not reached a suitable level in the catalyst for producing propylene, it includes steps such as dealumination to increase it.

상기 제1단계는 골격 내 Si/Al 몰비가 80 이하인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 단계로서, 이에 대한 구체적인 설명은 앞서 제2양태의 제1단계에서 설명한 바와 같다. 다만, 상기 제1단계의 제올라이트는, 골격 내 Si/Al 몰비가 80 이하인 제올라이트로서, 바람직하기로 Si/Al 몰비가 10 내지 80인 제올라이트일 수 있다.The first step is a step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or less to 40 to 100 캜, and a detailed description thereof is as described in the first step of the second embodiment. However, the first stage zeolite may be a zeolite having a Si / Al molar ratio within the framework of 80 or less, preferably a Si / Al molar ratio of 10 to 80.

상기 제2단계는 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 단계로서, 염기성 용액을 통해 탈실리카 반응으로 중공세공을 형성하는 단계이다. 상기 제2단계에 대한 구체적인 설명은 앞서 제2양태의 제2단계에서 설명한 바와 같다. 다만, 상기 제3양태에 따른 제2단계는 제2양태와는 다르게 염기성 용액이 수용성 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온을 함유할 필요가 없으며, 이는 선택적으로 당업자가 적절히 선택할 수 있다. 이는, 제3양태에 따른 제조방법은 제올라이트의 Si/Al 몰비가 염기성 용액에 의한 중공 형성에 용이한 범위 (20~80)에 들어 별도의 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온을 첨가하지 않아도 중공세공 형성이 비교적 용이하게 일어날 수 있기 때문에 추가적인 보호물질을 반드시 필요로 하지 않을 수 있다.
In the second step, a basic solution is added to the slurry of the first step to form hollow pores in the zeolite, and a hollow pore is formed by a desilylation reaction through a basic solution. A detailed description of the second step is as described in the second step of the second embodiment. However, in the second step according to the third embodiment, the basic solution need not contain a water-soluble aluminum precursor or a quaternary ammonium ion, unlike the second embodiment, which can be appropriately selected by those skilled in the art. This is because the production method according to the third embodiment is advantageous in that the Si / Al molar ratio of the zeolite is in a range (20 to 80) which is easy to form hollow by the basic solution and the addition of a separate aluminum precursor or quaternary ammonium ion It may not necessarily be necessary to add additional protective material since formation can occur relatively easily.

상기 제3단계는 상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 수증기 하에서 가열하여 제올라이트 골격 내의 알루미늄의 일부를 제거하는 단계로서, 스티밍(steaming)을 통한 탈알루미늄화(dealumination)에 의해 제올라이트 골격내의 알루미늄을 일부 제거함으로써, 골격 내 Si/Al 몰비를 100 내지 1000 범위로 증가시키는 단계이다.The third step is a step of heating the zeolite formed with the hollow pores in the second step under steam to remove a part of aluminum in the zeolite skeleton. The step of dealumination is carried out by dealumination through steaming, By partially removing aluminum, the Si / Al molar ratio in the framework is increased to the range of 100 to 1000.

제3양태에 따른 제조방법은 제올라이트의 Si/Al 몰비가 상대적으로 낮아 강산점이 프로필렌 제조 반응에서 필요로 하는 수준보다 과도할 수 있다. 따라서, 이를 탈알루미늄을 통해 제올라이트 골격 내 Si/Al 몰비를 적정 수준으로 증가시킬 필요가 있다. 상기 제3단계의 탈알루미늄화 반응은 50% 내지 100%의 수증기 분압 및 500 내지 850℃ 하의 스티밍에 의해 수행할 수 있다. 만약 수증기 분압이 50% 보다 낮으면 탈알루미늄화 반응이 느리게 진행될 수 있으므로, 50% 이상에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 만약 반응 온도가 500℃ 보다 낮으면 탈알루미늄화 반응이 잘 일어나지 않을 수 있고, 850℃ 보다 높으면 탈알루미늄화 반응이 너무 과다하게 일어나 제올라이트의 골격내의 산점으로 작용으로 작용하는 Al의 양이 너무 작아져 촉매 활성이 낮아지는 문제가 있을 수 있다.The production method according to the third aspect is that the Si / Al molar ratio of the zeolite is relatively low, so that the strong acid point may exceed the level required in the propylene production reaction. Therefore, it is necessary to increase the Si / Al molar ratio in the zeolite skeleton to an appropriate level through dealumination. The desalination reaction in the third step may be carried out by steam partial pressure of 50% to 100% and steam at 500 to 850 ° C. If the steam partial pressure is lower than 50%, the dealumination reaction may proceed slowly, so it may be preferable to perform at 50% or higher. If the reaction temperature is lower than 500 ° C, the dealumination reaction may not occur well. If the reaction temperature is higher than 850 ° C, the dealumination reaction becomes excessively excessive, and the amount of Al acting as an acid point in the skeleton of the zeolite becomes too small There is a problem that the catalyst activity is lowered.

상기 제4단계는 상기 제3단계에서 수증기 처리된 제올라이트에 산(acid)을 처리하여 제올라이트의 비골격 알루미늄을 제거하는 단계로서, 상기 제3단계의 탈알루미늄화 반응에 의해 생성된 비골격 알루미늄을 산 처리에 의해 제거하는 단계이다.In the fourth step, the non-skeletal aluminum of the zeolite is removed by treating the steam-treated zeolite with the acid in the third step, and the non-skeletal aluminum produced by the dealumination of the third step And is removed by an acid treatment.

상기 산은 수용액에서 H+ 이온을 발생할 수 있는 산이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 이의 비제한적인 예로는 염산, 질산, 옥살산(oxalic acid) 등이 있을 수 있다.The acid is not particularly limited as long as it is an acid capable of generating H + ions in an aqueous solution, but examples thereof include hydrochloric acid, nitric acid, oxalic acid, and the like.

상기 제4단계 이후에 상기 제4단계에서 산 처리된 제올라이트를 건조 및 소성하는 단계를 추가로 거칠 수 있다. 상기 소성은 200℃ 내지 700℃ 하에서 이루어질 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.The step of drying and firing the acid-treated zeolite in the fourth step after the fourth step may further be carried out. The firing may be performed at a temperature of 200 ° C to 700 ° C, but is not particularly limited.

상기 제5단계는 상기 제4단계에서 산 처리된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 단계로서, 이에 대한 구체적인 설명은 앞서 제2양태의 제5단계에서 설명한 바와 같다.The fifth step is a step of treating the acid-treated zeolite with the phosphorus (P) precursor in the fourth step, and a detailed description thereof is as described in the fifth step of the second embodiment.

상기 제6단계는 상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 단계로서, 이에 대한 구체적인 설명은 앞서 제2양태의 제6단계에서 설명한 바와 같다.
The sixth step is a step of firing the zeolite treated with the phosphorus (P) precursor in the fifth step, and a detailed description thereof is as described in the sixth step of the second embodiment.

본 발명의 제4양태는 상기 제1양태의 제올라이트 촉매, 제2양태 또는 제3양태의 제조방법에 의해 제조된 제올라이트 촉매 하에서 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 방법에 관한 것이다.A fourth aspect of the present invention relates to a process for producing propylene from an oxygenate under the zeolite catalyst prepared by the zeolite catalyst of the first aspect, the process of the second or third aspect.

상기 함산소화물은 바람직하기로 메탄올, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 여기에 추가적으로 물(H2O) 및/또는 산소(O2)가 포함될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적은 설명은 상기 제1양태에서 설명한 바와 같다.The oxygenate is preferably methanol, dimethyl ether or a mixture thereof, and may further contain water (H 2 O) and / or oxygen (O 2 ). A more detailed description thereof is as described in the first embodiment.

상기 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 반응은 본 기술분야에서 통상적인 프로필렌 제조 반응의 조건 하에서 이루어질 수 있으며, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 프로필렌 제조 반응은 반응온도 300 내지 700℃, 바람직하기로 400 내지 700℃ 및 반응압력 0.1 내지 5 기압, 바람직하기로 0.1 내지 3 기압 하에서 수행될 수 있다. 반응온도가 300℃ 미만이면 반응이 원활하지 않아 프로필렌의 수율이 저하될 수 있으며, 700℃를 초과하는 경우에는 제올라이트계 성형촉매에서 코크 생성이 가속되어 촉매의 비활성화가 빠르게 진행되는 문제가 생길 수 있다. 또한 반응압력이 0.1 기압 미만이면 반응의 생산성이 떨어지며, 5 기압을 초과하는 경우에는 C5+ 탄화수소 생성이 증가하고 촉매에 코크생성이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.The reaction for producing propylene from the oxygen-containing compound can be carried out under the conditions of the propylene-producing reaction which is conventional in the art, and is not particularly limited thereto. More specifically, the propylene production reaction can be carried out at a reaction temperature of 300 to 700 ° C, preferably 400 to 700 ° C, and a reaction pressure of 0.1 to 5 atm, preferably 0.1 to 3 atm. If the reaction temperature is lower than 300 ° C, the reaction may not be smooth and the yield of propylene may be lowered. If the reaction temperature is higher than 700 ° C, generation of coke in the zeolite-based shaped catalyst may be accelerated and the catalyst may be inactivated rapidly . If the reaction pressure is less than 0.1 atm, the productivity of the reaction decreases. If the pressure exceeds 5 atm, the production of C 5 + hydrocarbons may increase and the production of coke may increase in the catalyst.

반응물인 상기 함산소화물은 반응 유속 1 내지 30 g/gcath으로 공급할 수 있다. 함산소화물의 투입 유속이 WHSV=1 g/gcath 미만이면 코크 발생이 많아지고 생산성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, WHSV=30 g/gcath를 초과하는 경우에는 프로필렌 선택도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
The reactant oxygenate can be fed at a reaction flow rate of 1 to 30 g / g cat h. If WHSV is less than 1 g / g cat h, there is a problem that the production of coke is increased and the productivity is inferior. When WHSV = 30 g / g cat h, the propylene selectivity is low May occur.

본 발명의 중공세공을 갖는 제올라이트 촉매는 함소화물로부터 프로필렌을 제조함에 있어 높은 프로필렌의 선택도, 긴 촉매 수명 및 우수한 수열안정성을 가질 수 있고, 따라서 프로필렌을 보다 경제적으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
The zeolite catalyst having hollow pores of the present invention can have high selectivity for propylene, long catalyst life, and excellent hydrothermal stability in the production of propylene from a carbide, and therefore, propylene can be produced more economically.

도 1은 본 발명의 실시예 1과 비교예 2에 따라 제조된 제올라이트 촉매의 TEM 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1과 비교예 2에 따라 제조된 제올라이트 촉매의 질소 흡탈착 등온선을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 제올라이트 촉매의 프로필렌의 제조반응에 있어서, 반응시간에 따른 프로필렌의 선택도를 나타낸 그래프이다.
1 is a TEM photograph of a zeolite catalyst prepared according to Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.
2 is a graph showing nitrogen adsorption / desorption isotherms of zeolite catalysts prepared according to Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the selectivity of propylene with respect to the reaction time in the production of propylene of the zeolite catalyst prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예Example 1: 중공세공을 갖는 P/ 1: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 탈이온수 80.0g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 70℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 용액에, 1M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 80g에 테트라프로필암모니움 브로마이드(tetrapropylammonium bromide, TPABr) 0.85g이 용해된 수용액을 가한 후, 이 슬러리를 1시간 동안 교반하였다. 교반된 슬러리를 필터링에 의해 수세를 한 후 100℃에서 건조하였다. 여기에 다시 1M 염화 암모니움(NH4Cl) 200cc를 가하고 70℃로 가열하여 이온교환 하였다. 이를 수세한 후 100℃에서 건조한 다음 상기 염화 암모니움에 의한 이온교환 과정을 2번 더 반복함으로서 NH4-ZSM-5를 제조하였다. 이를 550℃에서 소성하여, 최종적으로 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 80.0 g of deionized water to prepare a slurry, which was then heated to 70 ° C. with stirring. To the heated solution was added an aqueous solution containing 0.85 g of tetrapropylammonium bromide (TPABr) dissolved in 80 g of a 1M aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH), and the slurry was stirred for 1 hour. The stirred slurry was washed with water by filtration and then dried at 100 ° C. 200 cc of 1 M ammonium chloride (NH 4 Cl) was further added thereto, and the mixture was heated to 70 ° C for ion exchange. This was washed with water and dried at 100 ° C, and NH 4 -ZSM-5 was prepared by repeating the ion exchange process with ammonia chloride two more times. This was calcined at 550 ° C. to finally produce a HZSM-5 catalyst having hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g을 200ml 용량의 오토클레이브(autoclave)내에 장착한 후, 트리메틸포스파이트(trimethylphosphite) 0.036g이 있는 바이알(vial)을 넣고 200℃에서 20시간 두었다. 이때, 상기 트리메틸포스파이트는 기화되어 제올라이트 세공 내로 확산되고, 이어서 세공 내의 알루미늄이 있는 산점에서 이와 반응하였다. 이후 이를 550℃에서 5시간 소성하여 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
5 g of HZSM-5 having the above-prepared hollow pores was placed in an autoclave of 200 ml capacity and vials containing 0.036 g of trimethylphosphite were placed and kept at 200 ° C for 20 hours. At this time, the trimethylphosphite was vaporized and diffused into the zeolite pores, and then reacted with an acid at the aluminum in the pores. Then, it was calcined at 550 ° C for 5 hours to prepare a P / HZSM-5 catalyst.

실시예Example 2: 중공세공을 갖는 P/ 2: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 1.3g을 탈이온수 60.0g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 60℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 용액에, 1M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 100g에 테트라프로필암모니움 브로마이드 0.85g이 용해된 수용액을 가한 후, 이 슬러리를 1시간 동안 교반하였다. 교반된 슬러리는 상기 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고, 이를 소성하여, 최종적으로 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) and 1.3 g of surfactant Triton X-100 were mixed with 60.0 g of deionized water to prepare a slurry, which was then heated to 60 ° C. with stirring. To the heated solution was added an aqueous solution in which 0.85 g of tetrapropylammonium bromide was dissolved in 100 g of a 1 M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution, and then the slurry was stirred for 1 hour. The agitated slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH4Cl) in the same manner as in Example 1, and calcined to finally produce HZSM-5 catalyst having hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.036g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.036 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above-prepared hollow pores.

실시예Example 3: 중공세공을 갖는 P/ 3: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 탈이온수 50.0g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 80℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 용액에, 1M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 120g에 테트라프로필암모니움 브로마이드 0.85g이 용해된 수용액을 가한 후, 이 슬러리를 1시간 동안 교반하였다. 교반된 슬러리는 상기 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고, 이를 소성하여, 최종적으로 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 50.0 g of deionized water to prepare a slurry, which was then heated to 80 ° C. with stirring. To the heated solution was added an aqueous solution containing 0.85 g of tetrapropylammonium bromide dissolved in 120 g of a 1 M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution, and the slurry was stirred for 1 hour. The agitated slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH 4 Cl) in the same manner as in Example 1, and calcined to finally produce a HZSM-5 catalyst having hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.075g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.075 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above prepared hollow pores.

실시예Example 4: 중공세공을 갖는 P/ 4: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 탈이온수 60.0g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 70℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 용액에, 1M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 100g에 소디움 알루미네이트 (NaAlO2, Al2O3-36wt%, Na2O-32wt%) 0.88g이 용해된 수용액을 가한 후, 이 슬러리를 1시간 동안 교반하였다. 교반된 슬러리는 상기 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고, 이를 소성하여, 최종적으로 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 60.0 g of deionized water to prepare a slurry, which was then heated to 70 ° C. with stirring. To the heated solution was added an aqueous solution in which 0.88 g of sodium aluminate (NaAlO 2 , Al 2 O 3 -36 wt%, Na 2 O-32 wt%) was dissolved in 100 g of an aqueous solution of 1 M sodium hydroxide (NaOH) Lt; / RTI > The agitated slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH 4 Cl) in the same manner as in Example 1, and calcined to finally produce a HZSM-5 catalyst having hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.096g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.096 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above-prepared hollow pores.

실시예Example 5: 중공세공을 갖는 P/ 5: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 탈이온수 90.0g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 70℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 용액에, 1M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 60g에 소디움 알루미네이트 (NaAlO2, Al2O3-36wt%, Na2O-32wt%) 0.63g이 용해된 수용액을 가한 후, 이 슬러리를 1시간 동안 교반하였다. 교반된 슬러리는 상기 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고, 이를 소성하여, 최종적으로 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 90.0 g of deionized water to prepare a slurry, which was then heated to 70 ° C. with stirring. To the heated solution was added an aqueous solution in which 0.63 g of sodium aluminate (NaAlO 2 , Al 2 O 3 -36 wt%, Na 2 O-32 wt%) was dissolved in 60 g of an aqueous solution of 1 M sodium hydroxide (NaOH) Lt; / RTI > The agitated slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH 4 Cl) in the same manner as in Example 1, and calcined to finally produce a HZSM-5 catalyst having hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.148g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.148 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above prepared hollow pores.

실시예Example 6: 중공세공을 갖는 P/ 6: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=80) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 0.6M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 150g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 70℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 슬러리를 1시간 동안 교반한 후 상기 슬러리는 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고 이를 소성하여 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다. 상기 HZSM-5 제올라이트를 튜브형 가열로(furnace)에 장착하고 액체 펌프를 이용하여 탈이온수를 0.5cc/min 속도로 주입하여 스티밍(steaming)하였다. 스티밍에 있어, 이때 가열로는 5℃/min로 650℃까지 승온한 후, 이 온도를 5시간 유지하면서 제올라이트 골격 내를 부분적으로 탈알루미늄화(dealumination) 하였다. 처리된 제올라이트의 비골격 알루미늄을 제거하기 위하여 1M 옥살산(oxalic acid)을 100cc로 가하고, 70℃로 가열한 후, 이를 여과 및 수세하였다. 나아가 100℃에서 건조하고 550℃에서 소성함으로써 최종적으로 Si/Al 원자비가 증가되고 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 80) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 150 g of a 0.6M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution to prepare a slurry, which was heated to 70 ° C with stirring . After the heated slurry was stirred for 1 hour, the slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH 4 Cl) in the same manner as in Example 1 and calcined to prepare HZSM-5 catalyst having hollow pores. The HZSM-5 zeolite was mounted in a tubular furnace and deionized water was injected at a rate of 0.5 cc / min using a liquid pump and steaming was performed. In the steaming, the heating furnace was heated to 650 ° C at a rate of 5 ° C / min, and then partially dealluminated in the zeolite skeleton while maintaining the temperature for 5 hours. To remove the non-skeletal aluminum of the treated zeolite, 100 ml of 1M oxalic acid was added and the mixture was heated to 70 ° C and then filtered and washed with water. Further, the catalyst was dried at 100 ° C and calcined at 550 ° C to prepare a HZSM-5 catalyst having an increased Si / Al atomic ratio and hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.163g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.163 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above prepared hollow pores.

실시예Example 7: 중공세공을 갖는 P/ 7: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

상기 실시예 6과 동일하게 HZSM-5(SiO2/Al2O3=80)을 사용하여 중공세공을 갖는 HZSM-5를 제조하되, 스팀밍에 의한 탈알루미늄화 반응을 700℃에서 수행하였다.HZSM-5 having hollow pores was prepared by using HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 80) in the same manner as in Example 6, and the dealumination reaction by steam ming was performed at 700 ° C.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.120g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.120 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above prepared hollow pores.

실시예Example 8: 중공세공을 갖는 P/ 8: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

상기 실시예 6과 동일하게 HZSM-5(SiO2/Al2O3=80)을 사용하여 중공세공을 갖는 HZSM-5를 제조하되, 스팀밍에 의한 탈알루미늄화 반응을 750℃에서 수행하였다.HZSM-5 having hollow pores was prepared using HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 80) in the same manner as in Example 6, except that the dealumination reaction by steam ming was performed at 750 ° C.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.098g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.098 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above prepared hollow pores.

실시예Example 9: 중공세공을 갖는 P/ 9: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=80) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 0.6M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 160g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 80℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 슬러리를 1시간 동안 교반한 후 상기 슬러리는 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고 이를 소성하여 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다. 상기 HZSM-5 제올라이트를 튜브형 가열로에 장착하고 액체 펌프를 이용하여 탈이온수를 0.5cc/min 속도로 주입하여 스티밍하였다. 스티밍에 있어, 이때 가열로는 5℃/min로 700℃까지 승온한 후, 이 온도를 5시간 유지하면서 제올라이트 골격 내를 부분적으로 탈알루미늄화 하였다. 처리된 제올라이트의 비골격 알루미늄을 제거하기 위하여 3M 염산(hydrochloric acid)을 100cc로 가한 후, 이를 여과 및 수세하였다. 나아가 100℃에서 건조하고 550℃에서 소성함으로써 최종적으로 Si/Al 원자비가 증가되고 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 80) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 160 g of a 0.6M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution to prepare a slurry, which was then heated to 80 ° C with stirring . After the heated slurry was stirred for 1 hour, the slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH 4 Cl) in the same manner as in Example 1 and calcined to prepare HZSM-5 catalyst having hollow pores. The HZSM-5 zeolite was mounted on a tubular heating furnace, and deionized water was injected at a rate of 0.5 cc / min using a liquid pump and steamed. In the steaming, the heating furnace was heated to 700 ° C at 5 ° C / min, and then partially dealluminated in the zeolite skeleton while maintaining this temperature for 5 hours. To remove the non-skeletal aluminum of the treated zeolite, 3 ml of hydrochloric acid was added to 100 cc, which was then filtered and washed with water. Further, the catalyst was dried at 100 ° C and calcined at 550 ° C to prepare a HZSM-5 catalyst having an increased Si / Al atomic ratio and hollow pores.

상기에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 트리메틸포스파이트 0.117g을 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.117 g of trimethyl phosphite was applied to 5 g of HZSM-5 having the above prepared hollow pores.

비교예Comparative Example 1: 미세세공만을 갖는  1: only with fine pores HZSMHZSM -5 촉매-5 catalyst

미세세공(micropore)으로만 이루어진 HZSM-5(SiO2/Al2O3=280)를 (--사)에서 입수하여 촉매로 준비하였다.
HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) consisting of micropore was obtained from (-) and prepared as a catalyst.

비교예Comparative Example 2: 미세세공만을 갖는  2: only with fine pores HZSMHZSM -5 촉매-5 catalyst

미세세공(micropore)으로만 이루어진 HZSM-5(SiO2/Al2O3=80)를 (--사)에서 입수하여 촉매로 준비하였다.
HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 80) consisting of micropore was obtained from (-) and prepared as a catalyst.

비교예Comparative Example 3: 중공세공을 갖는  3: Having hollow pores HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=80) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 0.6M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 150g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 70℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 슬러리를 1시간 동안 교반한 후 상기 슬러리는 실시예 1과 동일하게 염화 암모니움(NH4Cl)으로 이온교환하고 이를 소성하여 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.
20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 80) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 150 g of a 0.6M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution to prepare a slurry, which was heated to 70 ° C with stirring . After the heated slurry was stirred for 1 hour, the slurry was ion-exchanged with ammonium chloride (NH 4 Cl) in the same manner as in Example 1 and calcined to prepare HZSM-5 catalyst having hollow pores.

비교예Comparative Example 4: 미세세공만을 갖는 P/ 4: P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

상기 비교예 1에서 준비된 미세세공으로만 이루어진 HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 5g을 200ml 용량의 오토클레이브(autoclave)내에 장착한 후, 트리메틸포스파이트 0.073g이 있는 바이알(vial)을 넣고 200℃에서 20시간 두었다. 이때, 상기 트리메틸포스파이트는 기화되어 제올라이트 세공 내로 확산되고, 이어서 세공 내의 알루미늄이 있는 산점에서 이와 반응하였다. 이후 이를 550℃에서 5시간 소성하여 미세세공만을 갖는 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
5 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) having fine pores only prepared in Comparative Example 1 was placed in an autoclave of 200 ml capacity and vials containing 0.073 g of trimethylphosphite ) Was placed and kept at 200 ° C for 20 hours. At this time, the trimethylphosphite was vaporized and diffused into the zeolite pores, and then reacted with an acid at the aluminum in the pores. Thereafter, it was calcined at 550 ° C for 5 hours to prepare a P / HZSM-5 catalyst having only fine pores.

비교예Comparative Example 5: 중공세공을 갖는  5: Having hollow pores HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

HZSM-5(SiO2/Al2O3=280) 20g과 계면활성제인 Triton X-100 2.1g을 탈이온수 80.0g과 섞어 슬러리로 만든 후 이를 70℃로 교반과 함께 가열하였다. 가열된 용액에, 1M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 80g에 테트라프로필암모니움 브로마이드 0.85g이 용해된 용액을 가한 후, 이 슬러리를 1시간 동안 교반하였다. 교반된 슬러리를 필터링에 의해 수세를 한 후 100℃에서 건조하였다. 여기에 다시 1M 염화 암모니움(NH4Cl) 200cc를 가하고 70℃로 가열하여 이온교환 하였다. 이를 수세한 후 100℃에서 건조한 다음 상기 염화 암모니움에 의한 이온교환 과정을 2번 더 반복함으로서 NH4-ZSM-5를 제조하였다. 이를 550℃에서 소성하여, 최종적으로 중공세공을 갖는 HZSM-5 촉매를 제조하였다.
20 g of HZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 280) and 2.1 g of a surfactant Triton X-100 were mixed with 80.0 g of deionized water to prepare a slurry, which was then heated to 70 ° C. with stirring. To the heated solution was added a solution in which 0.85 g of tetrapropylammonium bromide was dissolved in 80 g of a 1 M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution, and the slurry was stirred for 1 hour. The stirred slurry was washed with water by filtration and then dried at 100 ° C. 200 cc of 1 M ammonium chloride (NH 4 Cl) was further added thereto, and the mixture was heated to 70 ° C for ion exchange. This was washed with water and dried at 100 ° C, and NH 4 -ZSM-5 was prepared by repeating the ion exchange process with ammonia chloride two more times. This was calcined at 550 ° C. to finally produce a HZSM-5 catalyst having hollow pores.

비교예Comparative Example 6: 인을 과다 처리한, 중공세공을 갖는 P/ 6: Poorly treated P, P / HZSMHZSM -5 촉매의 제조-5 catalyst

상기 비교예 5에서 제조된 중공세공을 갖는 HZSM-5 5g에 있어 트리메틸포스파이트 0.249g을 과다 적용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 P/HZSM-5 촉매를 제조하였다.
A P / HZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.249 g of trimethyl phosphite was over-applied to 5 g of HZSM-5 having a hollow pore prepared in Comparative Example 5.

실험예Experimental Example 1: 촉매 특성 분석 1: Analysis of catalyst characteristics

상기 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 제올라이트 촉매 및 상기 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 제올라이트 촉매에 대하여 이들의 특성을 다음과 같이 분석하였다.The characteristics of the zeolite catalyst prepared according to Examples 1 to 9 and the zeolite catalysts prepared according to Comparative Examples 1 to 6 were analyzed as follows.

먼저 제조된 각각의 제올라이트 촉매에 대하여, 이의 TEM 사진을 촬영하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 제올라이트 촉매(실시예 1)은 종래의 제올라이트 촉매인 비교예 2에 비하여 중공세공이 잘 형성되어 있음을 확인할 수 있다.TEM photographs of each of the prepared zeolite catalysts were taken and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, the zeolite catalyst according to the present invention (Example 1) has a hollow pore well formed as compared with Comparative Example 2, which is a conventional zeolite catalyst.

제조된 각각의 제올라이트 촉매에 대하여, XRF를 사용하여 제올라이트의 원소를 분석하였다. 또한 -196℃에서 질소 등온 흡-탈착 실험을 수행하여, 질소 등온 흡-탈착 곡선(N2 adsorption & desorption isotherm)에 의해 세공특성을 분석하였으며, 상기 질소 등온 흡-탈착 곡선을 도 2에 나타내었다. 나아가 암모니아 승온 탈착법(NH3-TPD, temperature programmed desorption)을 이용하여 300~550℃ 부근에서 탈착되는 암모니아를 정량화함으로써 강산점 밀도를 구하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.For each zeolite catalyst prepared, the elements of the zeolite were analyzed using XRF. In addition, nitrogen adsorption isotherms at -196 ℃ - by performing a desorption experiment, the nitrogen isothermal adsorption-desorption was analyzed for pore properties by the curve (N 2 adsorption desorption isotherm &), the nitrogen isothermal adsorption-desorption curve was also indicated in the 2 . Further, the concentration of strong acid densities was determined by quantifying ammonia desorbed near 300 to 550 ° C. using NH 3-TPD (temperature programmed desorption). The results are shown in Table 1 below.

catalystcatalyst 세공특성*Pore characteristics * 원소분석**Elemental analysis ** 강산점 밀도,
mmol/g***
Strong acid spot density,
mmol / g ***
BET
S.A.
(m2/g)
BET
SA
(m 2 / g)
Micropore
volume
(cc/g)
Micropore
volume
(cc / g)
Mesopore
volume
(cc/g)
Mesopore
volume
(cc / g)
Al,
mol%
Al,
mol%
Si,
mol%
Si,
mol%
P,
mol%
P,
mol%
Si/Al
mol ratio
Si / Al
mol ratio
실시예 1Example 1 512512 0.1070.107 0.4450.445 0.740.74 98.9098.90 0.360.36 133.6133.6 0.150.15 실시예 2Example 2 523523 0.1020.102 0.4360.436 0.730.73 98.7598.75 0.520.52 135.3135.3 0.130.13 실시예 3Example 3 518518 0.1060.106 0.4570.457 0.750.75 98.4898.48 0.770.77 131.3131.3 0.110.11 실시예 4Example 4 519519 0.1040.104 0.4900.490 0.740.74 99.2699.26 0.970.97 134.1134.1 0.0950.095 실시예 5Example 5 535535 0.1000.100 0.6150.615 0.750.75 99.2599.25 1.521.52 132.3132.3 0.0820.082 실시예 6Example 6 489489 0.1110.111 0.3950.395 1.021.02 98.7798.77 1.671.67 97.197.1 0.0740.074 실시예 7Example 7 471471 0.1070.107 0.3870.387 0.880.88 99.0099.00 1.231.23 112.8112.8 0.0860.086 실시예 8Example 8 441441 0.1070.107 0.4020.402 0.740.74 99.2099.20 1.001.00 134.4134.4 0.0980.098 실시예 9Example 9 482482 0.1080.108 0.3930.393 0.860.86 98.9798.97 1.201.20 115.1115.1 0.0880.088 비교예 1Comparative Example 1 385385 0.0980.098 0.0250.025 0.660.66 99.1499.14 0.000.00 150.2150.2 0.160.16 비교예 2Comparative Example 2 452452 0.1050.105 0.0720.072 2.102.10 97.7097.70 0.000.00 46.546.5 0.470.47 비교예 3Comparative Example 3 521521 0.1260.126 0.3370.337 2.312.31 97.3697.36 0.000.00 42.242.2 0.520.52 비교예 4Comparative Example 4 379379 0.0960.096 0.0240.024 0.650.65 98.3498.34 1.001.00 150.2150.2 0.1020.102 비교예 5Comparative Example 5 512512 0.1070.107 0.4450.445 0.740.74 99.2699.26 0.000.00 133.6133.6 0.170.17 비교예 6Comparative Example 6 506506 0.0930.093 0.4250.425 0.720.72 95.8895.88 3.403.40 133.6133.6 0.0250.025 * -196℃에서 질소 흡-탈착 등온 실험에 의해 구함
** XRF (X-ray fluorescence)에 의한 원소 분석
*** 암모니아 승온 탈착법에 의해 구함
* Wanted by nitrogen adsorption-desorption isothermal experiment at -196 ℃
** Elemental analysis by X-ray fluorescence (XRF)
*** Wanted by Ammonia Temperature Deposition Method

실험예Experimental Example 2: 촉매 하에서  2: Under the catalyst 함산소화물로부터From oxygenates 프로필렌의 제조 Production of propylene

상기 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 제올라이트 촉매 및 상기 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 제올라이트 촉매에 대하여, 이들의 존재 하에서 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 실험을 다음과 같이 수행하였다.Experiments for preparing propylene from oxygenates in the presence of zeolite catalysts prepared according to Examples 1 to 9 and zeolite catalysts prepared according to Comparative Examples 1 to 6 were carried out as follows.

먼저, 상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 촉매를 펠렛으로 만들고 이를 분쇄하여 0.8mm~1.1mm 크기로 분리하였다. 촉매와 함께 1mm 크기의 알파-알루미나 볼(ball)을 촉매 희석제로 사용하여 외경이 3/8인치인 스테인레스 스틸 튜브에 장착하였다.First, the catalysts prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 were pelletized and pulverized and separated into 0.8 to 1.1 mm sizes. Alumina balls of 1 mm in size with the catalyst were mounted on stainless steel tubes having an outer diameter of 3/8 inch using a catalyst diluent.

희석제가 포함된 촉매가 장착된 고정상 반응기에서 130cc/min 질소 흐름 하에 상압, 480℃에서 1시간동안 촉매 활성화 과정을 수행하였다. 이를 동일 온도 및 압력 하에서 질소 흐름 하에 함수 메탄올(crude methanol, 20wt% H2O)을 액체펌프(LC pump)를 이용하여 WHSV=9h-1의 유속으로 주입하여 반응을 수행하였다. 반응 생성물의 분석은 가스크로마토그래피(GC)를 이용하였으며, GasPro 컬럼(column)으로 분리하고 FID로 검출하여 생성물의 선택도를 각각 구하였다. 상기 반응에서 제조된 프로필렌 함유 생성물들에 대한 결과를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.In a fixed bed reactor equipped with a catalyst containing a diluent, a catalyst activation process was performed at atmospheric pressure and at 480 ° C for 1 hour under a flow of 130 cc / min nitrogen. The reaction was carried out at a flow rate of WHSV = 9 h -1 using a liquid pump (LC pump) under the same temperature and pressure under a flow of nitrogen in a methanol (crude methanol, 20 wt% H 2 O). The reaction products were analyzed by gas chromatography (GC), separated by GasPro column, and detected by FID, respectively. The results of the propylene-containing products prepared in the above reaction are shown in Table 2 and FIG.

촉매catalyst 전환율
(%)
Conversion Rate
(%)
생성물분포(%)Product Distribution (%) 촉매 수명(h)*Catalyst lifetime (h) *
C1~C4 C 1 -C 4 C2=C 2 = C8=C 8 = C4=C 4 = C5+C 5 + B.T.X.B.T.X. 실시예 1Example 1 100100 4.34.3 5.765.76 40.0840.08 20.8720.87 28.9928.99 3.123.12 145145 실시예 2Example 2 100100 3.93.9 5.655.65 40.2340.23 21.5621.56 28.6628.66 2.952.95 161161 실시예 3Example 3 100100 3.043.04 6.236.23 40.4740.47 22.1822.18 28.0928.09 2.782.78 185185 실시예 4Example 4 100100 2.522.52 5.215.21 41.341.3 21.221.2 29.7729.77 2.452.45 193193 실시예 5Example 5 100100 1.861.86 4.774.77 42.0742.07 21.1321.13 30.1730.17 1.811.81 230230 실시예 6Example 6 100100 1.721.72 4.234.23 42.342.3 21.5321.53 30.2230.22 1.951.95 201201 실시예 7Example 7 100100 2.782.78 5.645.64 41.4541.45 21.621.6 28.5328.53 2.342.34 195195 실시예 7Example 7 100100 2.672.67 5.745.74 42.5442.54 22.1422.14 26.9126.91 2.752.75 176176 실시예 9Example 9 100100 2.822.82 5.485.48 41.7541.75 21.8421.84 28.1128.11 2.272.27 183183 비교예 1Comparative Example 1 100100 4.934.93 8.438.43 38.8138.81 20.3820.38 27.4427.44 4.884.88 3030 비교예 2Comparative Example 2 100100 12.7812.78 11.5411.54 27.4227.42 12.1412.14 35.8335.83 10.7910.79 33 비교예 3Comparative Example 3 100100 13.2113.21 12.1212.12 26.5426.54 13.5713.57 34.5634.56 11.3811.38 1111 비교예 4Comparative Example 4 100100 1.751.75 5.725.72 42.3842.38 22.222.2 27.9527.95 2.22.2 9898 비교예 5Comparative Example 5 100100 5.475.47 6.986.98 38.0338.03 20.4220.42 29.0929.09 4.24.2 4040 비교예 6Comparative Example 6 100100 1.121.12 3.783.78 37.5637.56 23.6223.62 33.9233.92 1.171.17 6464 *촉매수명은 프로필렌의 선택도가 30% 대를 유지할 때까지의 반응시간임.* The catalyst life is the reaction time until the selectivity of propylene is maintained at 30%.

상기 표 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 9의 촉매, 즉 중공세공을 가지며 인(P)으로 개질되고 강산점의 밀도가 조절된 촉매는 프로필렌의 선택도가 40% 이상으로 높게 나타남을 확인할 수 있다. 또한 촉매 수명의 경우 140시간 이상인 것을 확인할 수 있다. 나아가 파라핀과 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌)와 같은 아로마틱스 생성물이 낮기 때문에 생성물 재순환 공정을 적용할 경우 프로필렌 수율을 더욱 증가시킬 수 있는 가능성이 높다. 반면에 비교예 1 내지 6에 따른 촉매에서는 프로필렌 선택도나 촉매의 수명이 실시예 1 내지 9에 따른 촉매에 비해 상대적으로 낮으며, 파라핀이나 아로마틱스 생성물의 선택도가 높은 경우도 있어 생성물 재순환 공정을 적용할 경우 프로필렌 수율이 낮아질 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in Table 2 and FIG. 3, the catalysts of Examples 1 to 9 according to the present invention, that is, catalysts having hollow pores modified with phosphorus (P) and having a strong acid point density, %, Respectively. In addition, it can be confirmed that the catalyst life is more than 140 hours. Furthermore, since aromatics products such as paraffin and BTX (benzene, toluene, xylene) are low, there is a high possibility that propylene yield can be further increased when the product recycle process is applied. On the other hand, in the catalysts of Comparative Examples 1 to 6, the propylene selectivity and the catalyst lifetime are relatively low as compared with the catalysts of Examples 1 to 9, and the selectivity of the paraffin or aromatics product is high, It can be confirmed that the yield of propylene can be lowered.

구체적으로, 비교예 1과 같이 강산점의 밀도는 조절되더라도 미세세공(micropore)으로만 이루어진 HZSM-5 촉매의 경우에는 촉매 수명이 30시간으로 작음을 확인할 수 있다. 비교예 4와 같이 추가로 인(P)으로 개질함으로써 프로필렌 선택도와 촉매 수명이 개선되더라도 실시예 1 내지 9에 따른 중공세공 촉매에 비해 여전히 촉매 수명이 낮은것을 알 수 있다(98시간). Specifically, even though the density of the strong acid sites is controlled as in Comparative Example 1, the catalyst life of the HZSM-5 catalyst made of micropore is as short as 30 hours. The catalyst life is still lower than that of the hollow pore catalyst according to Examples 1 to 9 (98 hours) even when the propylene selectivity and catalyst life are improved by further modifying it to phosphorus (P) as in Comparative Example 4.

비교예 2 및 3과 같이 강산점의 밀도가 너무 높은 경우에는 프로필렌 선택도와 촉매 수명이 현저히 떨어짐을 볼 수 있다.When the density of the strong acid sites is too high as in Comparative Examples 2 and 3, the propene selectivity and catalyst life are remarkably decreased.

비교예 5와 같이 중공세공을 가지고 강산점의 밀도가 적절히 조절되더라도 인(P)으로 개질되 않을 경우 프로필렌 선택도 다소 떨어지고, 파라핀 및 아로마틱스 부산물이 증가하며, 또한 촉매 수명도 떨어짐을 확인할 수 있다.As shown in Comparative Example 5, even if the density of the strong acid sites was appropriately controlled with hollow pores, it was confirmed that the propylene selectivity was somewhat lowered when paraffin (P) was not modified, paraffin and aromatics byproducts were increased, .

한편 비교예 6과 같이 중공세공을 가지더라도 인(P)을 지나치게 많이 처리할 경우, 낮은 강산점 밀도에 의해 촉매 활성이 떨어져 프로필렌 선택도도 다소 떨어지고 촉매 수명이 낮아짐을 알 수 있다.
On the other hand, as shown in Comparative Example 6, when the phosphorus (P) is excessively treated even if it has hollow pores, the catalyst activity is lowered due to the low specific acid density and propylene selectivity is lowered and the catalyst life is lowered.

Claims (23)

결정 내에 중공세공(mesopore) 및 상기 중공세공 내부에 형성된 미세세공(micropore)을 갖는 제올라이트를 포함하는 촉매로서,
상기 중공세공 및 미세세공을 포함한 전체 세공의 평균 직경이 3nm 이상, 세공부피 0.1cc/g 이상이고,
상기 제올라이트의 전체 BET 비표면적이 350m2/g 이상이며,
상기 제올라이트의 강산점의 밀도가 0.04 내지 0.3 mmol/g이고,
상기 제올라이트는 이의 표면 및 세공 내부가 인(P)으로 개질된 것을 특징으로 하는 함산소화물(oxygenates)로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
A catalyst comprising a zeolite having a mesopore in the crystal and a micropore formed in the hollow pore,
Wherein the average diameter of the total pores including the hollow pores and the fine pores is 3 nm or more, the pore volume is 0.1 cc / g or more,
The total BET specific surface area of the zeolite is 350 m 2 / g or more,
The density of the strong acid point of the zeolite is 0.04 to 0.3 mmol / g,
Characterized in that the zeolite has its surface and pore interior modified with phosphorus (P). The zeolite catalyst for the production of propylene from oxygenates.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트는 MFI, BTA 또는 MOR 구조를 갖는 제올라이트에 추가로 중공세공이 도입된 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate as claimed in claim 1, wherein the zeolite further has a hollow pore introduced into the zeolite having an MFI, BTA or MOR structure.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트는 H-ZSM-5에 추가로 중공세공이 도입된 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate as claimed in claim 1, wherein the zeolite further has a hollow pore introduced into H-ZSM-5.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트는 Si/Al 몰비가 80 내지 1000인 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst according to claim 1, wherein the zeolite has an Si / Al molar ratio of 80 to 1000.
제1항에 있어서, 상기 제올라이트는 이의 중량에 대하여 원소 기준 중량비로 0.1 내지 10%의 인(P)을 함유하는 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate according to claim 1, wherein the zeolite contains 0.1 to 10% phosphorus (P) based on the weight of the zeolite on an element basis.
제1항에 있어서, 성형을 위한 결합제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate as claimed in claim 1, further comprising a binder for shaping.
제1항에 있어서, 상기 결합제는 점토(clay), 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 금속산화물, 포스페이트(phosphate) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
2. The zeolite catalyst according to claim 1, wherein the binder is selected from the group consisting of clay, alumina, silica, silica-alumina, metal oxide, phosphate and mixtures thereof.
제1항에 있어서, 상기 함산소화물은 산소원자가 포함된 C1+ 탄화수소 유도체인 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate as claimed in claim 1, wherein the oxygen-containing compound is a C 1 + hydrocarbon derivative containing an oxygen atom.
제8항에 있어서, 상기 함산소화물은 알콜, 에테르 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매.
The zeolite catalyst for the production of propylene from an oxygenate as claimed in claim 8, wherein the oxygenate is an alcohol, an ether or a mixture thereof.
하기의 단계를 포함하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제조하는 방법:
골격 내 Si/Al 몰비가 80 이상인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 제1단계;
수용성 알루미늄 전구체 또는 4차 암모니움 이온(quaternery ammonium ion)을 함유하는 염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 제2단계;
상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 H+ 또는 NH4+로 이온교환하는 제3단계;
상기 제3단계에서 이온교환된 제올라이트를 건조 및 소성하는 제4단계;
상기 제4단계에서 건조 및 소성된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 제5단계; 및
상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 제6단계.
A process for preparing a zeolite catalyst for the production of propylene from the oxygenates of any one of claims 1 to 9, comprising the steps of:
A first step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or more to 40 to 100 캜;
A second step of adding a basic solution containing a water-soluble aluminum precursor or quaternary ammonium ions to the slurry of the first stage to form hollow pores in the zeolite;
A third step of ion-exchanging the zeolite formed with the hollow pores in the second step with H + or NH4 + ;
A fourth step of drying and firing the zeolite ion-exchanged in the third step;
A fifth step of treating the dried and calcined zeolite with phosphorus (P) precursor in the fourth step; And
And a sixth step of firing the zeolite treated with phosphorus (P) precursor in the fifth step.
제10항에 있어서, 상기 제2단계의 알루미늄 전구체는 염화 알루미늄(AlCl3), 질산 알루미늄(Al(NO3)3), 소디움 알루미네이트(NaAlO2) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the aluminum precursor in the second step is selected from the group consisting of aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2 ) Wherein the zeolite catalyst is prepared from propylene oxide.
제10항에 있어서, 상기 제2단계의 4차 암모니움 이온은 하기 화학식 1의 화합물인 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법:
[화학식 1]
Figure pat00003

상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1~C10 알킬 또는 아릴임.
[Claim 11] The method according to claim 10, wherein the quaternary ammonium ion in the second step is a compound represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
Figure pat00003

In Formula 1, R 1 to R 4 are each independently C 1 to C 10 alkyl or aryl.
제12항에 있어서, 상기 제2단계의 4차 암모니움 이온은 테트라에틸암모니움(tetraethylammonium) 이온, 테트라프로필암모니움(tetrapropylammonium) 이온, 테트라부틸암모니움(tetrabutylammonium) 이온 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
13. The method of claim 12, wherein the quaternary ammonium ion in the second step is selected from the group consisting of tetraethylammonium ions, tetrapropylammonium ions, tetrabutylammonium ions, ≪ / RTI > wherein the zeolite catalyst is selected from the group consisting of zeolite and zeolite.
제10항에 있어서, 상기 제5단계의 인(P) 전구체는 인산(H3PO4), NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 인산염 화합물 또는 상기 제5단계의 제올라이트 세공 내에 침투할 수 있는 크기의 유기인 화합물(organic phosphite)인 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
The method according to claim 10, wherein the phosphorus (P) precursor in the fifth step is a phosphate compound selected from the group consisting of phosphoric acid (H 3 PO 4 ), NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4, Wherein the zeolite catalyst is an organic phosphite having a size capable of penetrating into the zeolite pores of the fifth step.
제10항에 있어서, 상기 제5단계의 인(P) 전구체 처리는 화학증착법(chemical vapor deposition)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
11. The method of claim 10, wherein the phosphorus (P) precursor treatment in the fifth step is performed by chemical vapor deposition.
하기의 단계를 포함하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매를 제조하는 방법:
골격 내 Si/Al 몰비가 80 이하인 제올라이트를 함유하는 슬러리를 40℃ 내지 100℃로 가열하는 제1단계;
염기성 용액을 상기 제1단계의 슬러리에 첨가하여 제올라이트에 중공세공을 형성하는 제2단계;
상기 제2단계에서 중공세공이 형성된 제올라이트를 수증기 하에서 가열하여 제올라이트 골격 내의 알루미늄의 일부를 제거하는 제3단계;
상기 제3단계에서 수증기 처리된 제올라이트에 산(acid)을 처리하여 제올라이트의 비골격 알루미늄을 제거하는 제4단계;
상기 제4단계에서 산 처리된 제올라이트를 인(P) 전구체로 처리하는 제5단계; 및
상기 제5단계에서 인(P) 전구체로 처리된 제올라이트를 소성하는 제6단계.
A process for preparing a zeolite catalyst for the production of propylene from the oxygenates of any one of claims 1 to 9, comprising the steps of:
A first step of heating a slurry containing zeolite having a Si / Al molar ratio in the skeleton of 80 or less to 40 to 100 캜;
A second step of adding a basic solution to the slurry of the first step to form hollow pores in the zeolite;
A third step of removing a part of aluminum in the zeolite framework by heating the zeolite formed with the hollow pores in the second step under steam;
A fourth step of treating the steam-treated zeolite in the third step with an acid to remove the non-skeletal aluminum of the zeolite;
A fifth step of treating the acid-treated zeolite with phosphorus (P) precursor in the fourth step; And
And a sixth step of firing the zeolite treated with phosphorus (P) precursor in the fifth step.
제16항에 있어서, 상기 제3단계는 50% 내지 100%의 수증기 분압 및 500 내지 850℃ 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
17. The method of claim 16, wherein the third step is performed at a steam partial pressure of 50% to 100% and at a temperature of 500 to 850 캜.
제16항에 있어서, 상기 제3단계는 제올라이트 골격 내의 알루미늄의 일부가 제거됨으로써(dealumination), 제올라이트 골격 내 Si/Al 몰비가 100 내지 1000으로 증가하는 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
17. The method of claim 16, wherein the third step is to deal with a portion of the aluminum in the zeolite framework, thereby increasing the Si / Al molar ratio in the zeolite framework from 100 to 1000. The zeolite catalyst ≪ / RTI >
제16항에 있어서, 상기 제5단계의 인(P) 전구체는 인산(H3PO4), NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 인산염 화합물 또는 상기 제5단계의 제올라이트 세공 내에 침투할 수 있는 크기의 유기인 화합물(organic phosphite)인 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
The method according to claim 16, wherein the phosphorus (P) precursor in the fifth step is a phosphate compound selected from the group consisting of phosphoric acid (H 3 PO 4 ), NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4, Wherein the zeolite catalyst is an organic phosphite having a size capable of penetrating into the zeolite pores of the fifth step.
제16항에 있어서, 상기 제5단계의 인(P) 전구체 처리는 화학증착법(chemical vapor deposition)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 함산소화물로부터 프로필렌 제조용 제올라이트 촉매의 제조방법.
17. The method of claim 16, wherein the phosphorus (P) precursor treatment in the fifth step is performed by chemical vapor deposition.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제올라이트 촉매, 또는 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 의해 제조된 제올라이트 촉매 하에서 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 방법.
A process for producing propylene from a zeolite catalyst according to any one of claims 1 to 9 or zeolite catalyst prepared according to any one of claims 11 to 15.
제21항에 있어서, 함산소화물로부터 프로필렌을 제조하는 반응은, 반응온도가 400 내지 700℃ 및 반응압력이 0.1 내지 3 기압이고, 반응 유속이 1 내지 30 g/gcath 인 것을 특징으로 하는 프로필렌의 제조방법.
22. The process according to claim 21, wherein the reaction for preparing propylene from the oxygenated product is carried out at a reaction temperature of 400 to 700 占 폚, a reaction pressure of 0.1 to 3 atm and a reaction flow rate of 1 to 30 g / g cat h Propylene.
제21항에 있어서, 상기 함산소화물은 메탄올, 디메틸에테르(dimethly ether) 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 프로필렌의 제조방법.
22. The method of claim 21, wherein the oxygenate is methanol, dimethyl ether, or a mixture thereof.
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KR20090049616A (en) * 2006-08-31 2009-05-18 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션 A catalyst for converting hydrocarbons
KR20090058534A (en) * 2006-08-31 2009-06-09 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션 A process for catalytic converting hydrocarbons

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090016672A (en) * 2006-08-08 2009-02-17 달리안 인스티튜트 오브 케미컬 피직스 Sapo-34 molecular sieve having both micropores and mesopores and synthesis method thereof
KR20090049616A (en) * 2006-08-31 2009-05-18 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션 A catalyst for converting hydrocarbons
KR20090058534A (en) * 2006-08-31 2009-06-09 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션 A process for catalytic converting hydrocarbons

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