KR20160014180A - Method for Producing Alumina Carrier with Different Crystalline Phase for Catalyst for Direct Dehydrogenation of n-Butane, Platinum-Tin Bimetallic Catalyst Supported by the Alumina Carrier, and Method of Producing n-Butene and 1,3-Butadiene Using Said Catalyst - Google Patents

Method for Producing Alumina Carrier with Different Crystalline Phase for Catalyst for Direct Dehydrogenation of n-Butane, Platinum-Tin Bimetallic Catalyst Supported by the Alumina Carrier, and Method of Producing n-Butene and 1,3-Butadiene Using Said Catalyst Download PDF

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장호식
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이종권
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Abstract

The present invention relates to a method for producing an alumina carrier with a different crystalline phase for a direct dehydrogenation catalyst by an epoxide-based sol-gel process to manufacture n-butene and 1,3-butadiene from n-butane; a method for producing a platinum-tin bimetallic catalyst supported by the alumina carrier using the alumina carrier produced by the epoxide-based sol-gel process; and a method for producing n-butene and 1,3-butadiene using the catalyst produced thereby. More specifically, the present invention relates to a method for producing a catalyst which uses platinum as an active component and contains tin by synthesizing an alumina carrier, which is known to be suitable for direct dehydrogenation of n-butane, as a carrier to support the same by an epoxide-based sol-gel process and making the heat treatment temperature different; a method for producing a platinum-tin bimetallic catalyst supported by the alumina carrier by sequentially supporting tin and platinum in the alumina carrier; and a method for producing n-butene and 1,3-butadiene with a high added value through direct dehydrogenation from low-priced n-butane using the catalyst produced thereby.

Description

다양한 결정상을 갖는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체의 제조방법, 그에 의해 제조된 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매 및 상기 촉매를 이용한 노르말-부텐과 1,3-부타디엔 제조방법{Method for Producing Alumina Carrier with Different Crystalline Phase for Catalyst for Direct Dehydrogenation of n-Butane, Platinum-Tin Bimetallic Catalyst Supported by the Alumina Carrier, and Method of Producing n-Butene and 1,3-Butadiene Using Said Catalyst}A method for producing an alumina support for direct dehydrogenation reaction of n-butane having various crystal phases, a platinum catalyst containing tin supported on the alumina support prepared thereby, and a catalyst for preparing n-butene and 1,3-butadiene using the catalyst Method for Producing Alumina Carrier with Different Crystalline Phase for Catalyst for Direct Dehydrogenation of n-Butane, Platinum-Tin Bimetallic Catalyst Supported by Alumina Carrier, and Method of Producing n-Butene and 1,3-Butadiene Using Said Catalyst}

본 발명은 다양한 결정상을 갖는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체의 에폭사이드 기반 졸겔법에 의한 제조방법, 그에 의해 제조된 알루미나 담체에 주석과 백금을 순차적으로 담지하여 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 제조하는 방법 및 상기 촉매를 이용하여 노르말-부텐과 1,3-부타디엔을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for preparing an alumina support for a direct dehydrogenation catalyst of n-butane having various crystalline phases by an epoxide-based sol-gel process, a process for producing an alumina support by sequentially carrying tin and platinum on the alumina support, Tin, and a process for producing n-butene and 1,3-butadiene using the catalyst.

부타디엔은 나프타 분해설비(NCC : Naphtha Cracking Center)에서 보통 10%정도 생산되는 C4 유분으로부터 추출하거나 부탄을 탈수소화하여 얻을 수 있으며, 상온에서 독특한 냄새가 있는 기체를 일컫는다. 천연(셰일)가스 공정 (ECC : Ethane Cracking Center)을 거치면 혼합 C4유분이 추출이 되는데, 추출 용매인 디메틸포름아미드(DMF)를 사용하여 추출증류방법에 의해 분리된 1,3-부타디엔을 한정하여 흔히, 부타디엔이라고 부른다.Butadiene refers to a gas that can be obtained by extraction from C4 oil, which is usually produced in about 10% of the Naphtha Cracking Center (NCC: Naphtha Cracking Center), or dehydrogenation of butane, and which has a characteristic odor at room temperature. The mixed C 4 fraction is extracted through the natural (shale) gas process (ECC: Ethane Cracking Center). When 1,3-butadiene separated by the extractive distillation method is limited by using dimethylformamide (DMF) It is often called butadiene.

이렇게 얻어진 부타디엔은 합성고무의 원료로서 중요한 물질이며, 주로 부타디엔스티렌고무(SBR), 부타디엔아크로니트릴고무(NBR), 폴리부타디엔(BR) 등의 원료가 된다. 또한, 클로로프렌, 아디포니트릴, 말레산무수물 등의 원료로도 사용된다. 합성고무의 주요 고객은 타이어, 신발, 기타 산업용 고무제품 제조업체이고, 라텍스 제품의 주요 고객은 제지업계와 카페트 업계이다.The butadiene thus obtained is an important material as a raw material for synthetic rubber and is mainly used as a raw material for butadiene styrene rubber (SBR), butadiene acrylonitrile rubber (NBR), and polybutadiene (BR). It is also used as a raw material for chloroprene, adiponitrile, maleic anhydride and the like. The main clients of synthetic rubber are tire, shoe and other industrial rubber products manufacturers. The major customers of latex products are the paper industry and the carpet industry.

현재 부타디엔의 대부분은 나프타 분해설비를 통해 얻을 수 있으며, 이러한 나프타 분해설비는 나프타를 투입하여 에틸렌, 프로필렌 등 기초유분을 생산하는 산업을 일컫는다. 나프타 분해설비를 통해 생산되는 제품들의 구성비(중량비)는 보통 에틸렌 31%, 프로필렌 15%, C4 유분(부타디엔 원료) 10%, RPG(벤젠/톨루엔/크실렌 원료) 14%, 메탄·수소·LPG 등 기타 제품이 29%이다. 이때 에틸렌과 프로필렌은 바로 유도품 생산 공정으로 가고, C4 유분과 RPG는 추가로 추출·정제하는 공정을 거쳐 부타디엔과 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등 유용한 석유화학 기초유분을 생산하게 된다. Currently, most of the butadiene can be obtained through the naphtha cracking plant. The naphtha cracking plant refers to an industry that produces naphtha and produces basic oils such as ethylene and propylene. The proportion of the products produced through the naphtha cracking plant is usually 31% of ethylene, 15% of propylene, 10% of C4 oil (butadiene raw material), 14% of RPG (benzene / toluene / xylene raw material) Other products are 29%. At this time, ethylene and propylene go directly to the production process of the induction product. C4 oil and RPG are further extracted and purified to produce useful petrochemical base oil such as butadiene, benzene, toluene, and xylene.

전술한 바와 같이 부타디엔의 생산량의 대부분은 나프타 분해설비에 의해 생산되는데, 셰일가스 개발에 따라 천연(셰일) 가스 공정 (ECC)설비의 활성화로, 나프타 분해설비(NCC)를 기반으로 하는 부타디엔의 생산 확대가 제한되어 장차 부타디엔의 가격이 상승할 것으로 예상된다. 또한, 중국과 인도 등 신흥국의 타이어 생산급증과 동유럽 자동차 수입증가로 부타디엔의 주요 수요처인 합성고무의 수요가 증가될 것으로 보이고, 부타디엔의 새로운 루트의 생산방법은 제한되어있기 때문에 부타디엔의 안정적인 공급 및 수급은 중요할 것으로 생각된다. As described above, most of the butadiene production is produced by the naphtha cracking plant. In accordance with the development of the shale gas, activation of the natural (shale) gas process (ECC) facility, production of butadiene based on the naphtha cracking plant But the price of butadiene is expected to rise in the future. In addition, the surge in tire production in emerging countries such as China and India and the increase in imports of automobiles in Eastern Europe are expected to increase demand for synthetic rubber, which is a major demand source for butadiene. Since the production of new routes for butadiene is limited, stable supply of butadiene Is thought to be important.

현재 부타디엔의 대부분은 나프타 분해설비를 통해 얻고 있지만, 이 공정은 위에서 언급한 바와 같이 에틸렌, 프로필렌 등의 기초유분을 주로 생산하여, 부타디엔 생산을 위한 공정으로 최적화할 수 없다. 따라서 현재의 나프타 분해설비에 의한 부타디엔 생산은 부타디엔 수급을 맞추는 것에 한계가 존재하며, 나아가 장기적인 수급 불균형이 불가피하기 때문에, 부타디엔 수요량의 상당 부분을 생산할 수 있는 대체 공정 기술이 시급한 상황이다. Currently, most of the butadiene is obtained from the naphtha cracking plant, but as mentioned above, this process mainly produces basic oils such as ethylene and propylene and can not be optimized for the production of butadiene. Therefore, the production of butadiene by the present naphtha cracking plant has a limitation in meeting the supply and demand of butadiene, and in the long run, imbalance in supply and demand is inevitable. Therefore, alternative process technology that can produce a large amount of butadiene demand is in urgent need.

따라서 이러한 나프타 크래킹 공정이 가진 부타디엔 생산에 최적화할 수 없다는 한계점을 극복하고, 단독 공정으로서 부타디엔 생산에만 집중할 수 있는 공정으로서, 노르말-부탄의 탈수소화 반응을 통해 노르말-부텐과 부타디엔을 생산하는 기술이 주목을 받고 있으며, 이에 관한 연구가 진행되고 있는 중이다 (비특허문헌 1~4).Therefore, the technology to produce n-butene and butadiene through the dehydrogenation reaction of n-butane as a process that can concentrate only on butadiene production as a sole process, overcoming the limitation that such naphtha cracking process can not be optimized for butadiene production And research on this is underway (Non-Patent Documents 1 to 4).

노르말-부탄의 탈수소화 반응은 노르말-부탄으로부터 수소를 제거하여, 탈수소화 생성물 (TDP : Total Dehydrogenation products, 노르말-부텐과 부타디엔)을 생성하는 것으로, 노르말-부탄으로부터 직접 수소를 제거하는 직접 탈수소화 반응과, 산소를 이용하여 노르말-부탄으로부터 수소를 제거하는 산화적 탈수소화 반응 두 가지로 나눌 수 있는데, 노르말-부탄의 산화적 탈수소화 반응은 발열반응이고, 반응 후 안정한 물이 생성되기 때문에 열역학적으로 유리하지만, 산소 사용으로 인해 산화반응을 통한 일산화탄소 및 이산화탄소 등의 부산물이 생성되며, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응보다 탈수소화 생성물의 선택도 및 수율 측면에서 불리하다. 반면에, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응은 흡열반응으로서 산화적 탈수소화 반응보다 고온의 반응조건이 요구되고 백금과 같은 귀금속 촉매가 사용되며, 촉매는 그 수명이 매우 짧은 경우가 많아 재생공정을 수행해주어야 하는 단점이 존재하지만, 탈수소화 생성물의 선택도 및 수율 등의 생성 측면에서는 유리한 공정으로 알려져 있다 (특허문헌 1~4, 비특허문헌 5~9).The dehydrogenation reaction of n-butane removes hydrogen from n-butane to produce dehydrogenation products (TDP: total dehydrogenation products, n-butene and butadiene), and direct dehydrogenation Butane is an exothermic reaction and stable water is produced after the reaction. Therefore, the thermodynamic reaction of the n-butane with an oxidative dehydrogenation reaction can be divided into two types: However, due to the use of oxygen, by-products such as carbon monoxide and carbon dioxide through the oxidation reaction are produced, which is disadvantageous in terms of selectivity and yield of the dehydrogenation product rather than the direct dehydrogenation reaction of n-butane. On the other hand, the direct dehydrogenation reaction of n-butane is an endothermic reaction requiring higher temperature reaction conditions than the oxidative dehydrogenation reaction, and a noble metal catalyst such as platinum is used. Since the catalyst has a very short life span, However, it is known as an advantageous process in terms of selectivity and yield of dehydrogenation products (Patent Documents 1 to 4, Non-Patent Documents 5 to 9).

따라서 나프타 분해 설비 공정 대신 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 공정을 이용하여 탈수소화 생성물을 생산한다면, 단독공정에 의해 탈수소화 생성물을 생산할 수 있는 효과적인 대안이 될 수 있을 것이다. Therefore, if a dehydrogenation product is produced using a direct dehydrogenation reaction process of n-butane instead of a naphtha cracking process, it can be an effective alternative to produce a dehydrogenation product by a single process.

그러나, 상기에 언급한 바에 의하면, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응은 산화적 탈수소화 반응에 비해 탈수소화 생성물의 선택도 및 수율 측면에서 유리하지만, 촉매의 수명이 짧고, 반응이 진행됨에 따라 코킹(coking) 침적에 의한 비활성화가 나타난다는 문제점이 예상된다. 따라서, 효과적인 탈수소화 생성물 생산을 위해서는 노르말-부탄의 전환율을 높게 유지하면서, 높은 선택도를 가지게 하며, 코킹 침적에 의한 비활성화가 억제되어 장기간 촉매의 성능을 유지할 수 있는 촉매를 개발하는 것이 중요하다. However, according to the above-mentioned, the direct dehydrogenation reaction of n-butane is advantageous in terms of selectivity and yield of dehydrogenation product compared with the oxidative dehydrogenation reaction, but the lifetime of the catalyst is short, it is expected that a problem of inactivation due to coking deposition is expected. Therefore, it is important to develop a catalyst capable of maintaining long-term performance of the catalyst while maintaining the conversion of n-butane to a high degree of selectivity and inhibiting deactivation by caulking deposition for effective dehydrogenation product production.

지금까지 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 의해 탈수소화 생성물을 제조하는데 사용되었던 촉매계로는 백금-알루미나 계열 촉매 (특허문헌 1~4, 비특허문헌 5~9), 크롬-알루미나 계열 촉매 (특허문헌 5, 6, 비특허문헌 9), 바나듐 계열 촉매 (비특허문헌 10, 11) 등이 있다. 1930년대 후반부터 파라핀의 탈수소화 반응을 통한 탈수소화 생성물 생산이 연구되어 왔으며, 노르말-부탄의 탈수소화 반응은 제 2 차 세계 대전 중 연료의 옥탄가를 높이기 위한 옥탄을 생산하는 과정 중에 크롬-알루미나 계열 촉매를 이용하여 C4 탈수소화 생성물을 제조한 공정이 개발된 것이 시초로 연구되었다. 1960년대부터는 귀금속인 백금 기반의 백금-알루미나 계열 촉매를 사용한 노르말-부탄의 탈수소화 공정이 지속적으로 개발·연구되고 있으며, 2000 년대에 들어서는 값비싼 귀금속 촉매를 대체하기 위한 촉매로서 바나듐 계열 촉매가 연구되고 있다. 상기 촉매들 중에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 주로 사용되며, 가장 높은 활성을 보이는 촉매는 백금-알루미나 계열 촉매이며, 본 반응에 적합한 촉매계라고 알려져 있다 (비특허문헌 9). Alumina-based catalysts (Patent Documents 1 to 4, Non-Patent Documents 5 to 9), chromium-alumina-based catalysts (Patent Documents 1 to 4), etc. have been used to produce dehydrogenation products by direct dehydrogenation reaction of n-butane, Patent Documents 5 and 6, and Non-Patent Document 9), and vanadium-based catalysts (Non-Patent Documents 10 and 11). The production of dehydrogenation products by dehydrogenation of paraffins has been studied since the late 1930s, and the dehydrogenation reaction of n-butane during chrome-alumina series during octane production to increase octane number of fuel during World War II A process for producing C4 dehydrogenation products using a catalyst has been developed in the beginning. Since the 1960s, the dehydrogenation process of n-butane using a platinum-based platinum-alumina catalyst, which is a noble metal, has been continuously developed and studied. In the 2000s, vanadium-based catalysts have been developed as catalysts for replacing expensive noble metal catalysts . Among these catalysts, catalysts which are mainly used for direct dehydrogenation of n-butane and which exhibit the highest activity are platinum-alumina-based catalysts and are known to be suitable catalysts for this reaction (Non-Patent Document 9).

일반적으로 상기 언급한 백금-알루미나 촉매는 백금이 알루미나에 담지된 형태로 제조되는데, 구체적으로는 감마 알루미나 담체 (g-Al2O3)를 사용하여 백금을 담지하여 제조한 백금/알루미나 촉매 0.2g을 이용하여 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응의 결과가 보고된 바 있는데, 반응물 주입비가 수소:노르말-부탄 = 1.25:1, 전체 유량 18 ml·min-1 , 반응온도 530℃인 조건에서 노르말-부탄의 탈수소화 반응을 수행하여 반응 10 분 후, 노르말-부탄 전환율 45%, 탈수소화 생성물 선택도 53%, 수율 24%가 얻어졌고, 반응 2 시간 후, 노르말-부탄 전환율 10%, 탈수소화 생성물 선택도 50%, 수율 5%가 얻어졌음이 보고되었다 (비특허문헌 12). In general, the above-mentioned platinum-alumina catalyst is prepared in the form that platinum is supported on alumina. More specifically, 0.2 g of a platinum / alumina catalyst prepared by supporting platinum using gamma-alumina carrier (g-Al 2 O 3 ) Butane under the conditions of hydrogen: n-butane = 1.25: 1, total flow rate 18 ml · min -1 , reaction temperature 530 ℃, Butane conversion of 45%, dehydrogenation product selectivity of 53% and yield of 24%. After 2 hours of reaction, the conversion of n-butane to 10%, the dehydrogenation product It was reported that the selectivity was 50% and the yield was 5% (Non-Patent Document 12).

백금-알루미나 촉매에 증진제를 사용할 경우, 백금, 증진제, 알루미나 담체간의 상호 작용에 따라 각 상태에 변화를 주어 활성을 향상시킬 수 있는데, 백금의 활성 증진 및 안정제로 주로 주석을 많이 사용하며, 알루미나 담체에 백금과 주석을 담지함으로써 얻어지는 백금-주석-알루미나 촉매는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 높은 활성을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 구체적으로는 감마 알루미나 담체 (g-Al2O3)를 사용하여 백금과 주석을 순차적으로 담지하여 제조한 백금-주석/알루미나 촉매 0.2g을 이용하여 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응의 결과가 보고된 바 있는데, 반응물 주입비가 수소:노르말-부탄 = 1.25:1, 전체 유량 18 ml·min-1 , 반응온도 530℃인 조건에서 노르말-부탄의 탈수소화 반응을 수행하여 반응 10 분 후, 노르말-부탄 전환율 43%, 탈수소화 생성물 선택도 78%, 수율 34%가 얻어졌고, 반응 2 시간 후, 노르말-부탄 전환율 13%, 탈수소화 생성물 선택도 86%, 수율 11%가 얻어졌음이 보고되었다 (비특허문헌 12). 또한, 백금-알루미나 촉매에 주석이 아닌 다른 증진제인 구리와 팔라듐을 사용한 문헌이 보고되었는데 (비특허문헌 13), 이 문헌에서는 알루미나에 백금과 구리를 함께 담지하여 백금-구리/알루미나 촉매를 제조하였고, 이 촉매 0.1g을 500℃에서 수소 유량 10 ml·min-1로 2 시간 환원 후, 반응물 주입비가 노르말-부탄:수소:질소 = 1:1:1, 공간속도(GHSV) 18000 ml·h-1·gcat -1, 반응온도 500℃인 조건에서 노르말-부탄의 탈수소화 반응을 수행하였다. 백금 1중량%와 구리 1중량%가 포함된 백금-구리 /알루미나 촉매는 반응 3 분 후, 노르말-부탄 전환율 20.1%, 탈수소화 생성물 선택도 86.9%가 얻어졌고, 반응 300 분 후, 노르말-부탄 전환율 18.8%, 탈수소화 생성물 선택도 92.2%가 얻어졌음이 보고되었다. 같은 조건의 반응에서 알루미나에 백금 0.5중량%, 팔라듐 0.5중량%와 구리 2중량%를 함께 담지하여 제조된 백금-팔라듐-구리/알루미나 촉매는 반응 3 분 후, 노르말-부탄 전환율 20.5%, 탈수소화 생성물 선택도 92.2%가 얻어졌고, 반응 300 분후, 노르말-부탄 전환율 19.5%, 탈수소화 생성물 선택도 96.1%가 얻어졌음이 보고되었다. When the enhancer is used for the platinum-alumina catalyst, the activity can be improved by changing the state depending on the interaction between the platinum, the enhancer and the alumina support. The tungsten is mainly used as the activity enhancer and stabilizer for the platinum, , Platinum-tin-alumina catalysts obtained by carrying platinum and tin in a direct dehydrogenation reaction of n-butane have been reported to exhibit high activity. Specifically, the results of the direct dehydrogenation reaction of n-butane using 0.2 g of a platinum-tin / alumina catalyst prepared by sequentially carrying platinum and tin using a gamma alumina carrier (g-Al 2 O 3 ) Butane dehydrogenation reaction was carried out under the condition that the reactant injection ratio was hydrogen: n-butane = 1.25: 1, the total flow rate was 18 ml · min -1 , and the reaction temperature was 530 ° C. After 10 minutes of reaction, Butane conversion of 43%, dehydrogenation product selectivity of 78% and yield of 34% were obtained. After 2 hours of reaction, it was reported that the conversion of n-butane was 13%, the dehydrogenation product selectivity was 86%, and the yield was 11% Non-Patent Document 12). In addition, a literature using platinum-alumina catalysts other than tin as copper and palladium has been reported (Non-Patent Document 13), in which platinum-copper / alumina catalysts were prepared by supporting platinum and copper on alumina , after the catalyst 0.1g at 500 ℃ reduced 2 hours hydrogen flow rate of 10 ml · min -1, the reactant flow ratio of n-butane: hydrogen: nitrogen = 1: 1: 1, space velocity (GHSV) 18000 ml · h - 1 -g cat -1 , and a reaction temperature of 500 ° C, the dehydrogenation reaction of n-butane was carried out. The platinum-copper / alumina catalyst containing 1% by weight of platinum and 1% by weight of copper had a n-butane conversion of 20.1% and a dehydrogenation product selectivity of 86.9% after 3 minutes of reaction, and after 300 minutes of reaction, It was reported that the conversion rate was 18.8% and the dehydrogenation product selectivity was 92.2%. The platinum-palladium-copper / alumina catalyst prepared by carrying 0.5% by weight of platinum, 0.5% by weight of palladium and 2% by weight of copper in alumina under the same conditions, showed that after 3 minutes of reaction, the conversion of n-butane to 20.5% 92.2% of product selectivity was obtained, and after 300 minutes of reaction, it was reported that the conversion of n-butane was 19.5% and the dehydrogenation product selectivity was 96.1%.

또한, 백금-주석-알루미나 촉매는 첨가물을 통해 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에서의 활성을 향상시켜 높은 선택도 및 수율로 탈수소화 생성물을 얻을 수 있는 백금-주석-알루미나 촉매의 활용 방법에 관한 문헌이 보고되었는데 (비특허문헌 14), 이 문헌에서는 알루미나와 마그네시아를 합성하여 마그네슘 알루미네이트를 제조하고, 해당 마그네슘 알루미네이트 담체에 백금, 주석과 인듐을 담지하여 백금-주석-인듐/마그네슘 알루미네이트 촉매를 제조하였다. 백금 0.3중량%, 주석 0.37중량%, 인듐 0.28중량%가 포함되게 제조된 백금-주석-인듐/마그네슘 알루미네이트 촉매 0.2g을 530℃에서 수소로 3 시간 환원 후, 전체 유량 18 ml·min-1, 반응물 주입비가 수소:노르말-부탄 = 1.25:1인 조건에서 반응 10분 후, 탈수소화 생성물 수율 29%가 얻어졌고, 반응 120 분 후, 탈수소화 생성물 수율 27%가 얻어졌음이 보고되었다. 또한, 다른 첨가물인 지르코늄을 도입한 촉매의 활용방법에 관한 문헌이 보고되었고 (비특허문헌 15), 이 문헌에서는 백금-주석/지르코니아-알루미나 촉매를 제조하였고, 제조된 촉매 0.2g 을 500℃에서 수소:질소 = 1:10으로 환원 후, 전체 유량 120 cm3·min-1, 반응물 주입비가 수소:노르말-부탄 = 3:1인 조건에서, 반응 초기 노르말-부탄의 전환율 22.4%, 탈수소화 생성물 선택도 98.9%가 얻어졌음이 보고되었다. In addition, the platinum-tin-alumina catalyst improves the activity in the direct dehydrogenation reaction of n-butane through the addition of a catalyst, thereby obtaining a dehydrogenation product with high selectivity and yield. (Non-Patent Document 14), in this document, magnesium aluminate was synthesized by synthesizing alumina and magnesia, platinum, tin and indium were supported on the magnesium aluminate support, and platinum-tin-indium / magnesium aluminate Catalyst. Tin-platinum 0.3 wt%, 0.37 wt.% Tin, platinum be prepared containing the indium 0.28 percent by weight after the indium / magnesium aluminate catalyst 0.2g reduction for 3 hours at 530 ℃ with hydrogen, the total flow rate of 18 ml · min -1 , The dehydrogenation product yield of 29% was obtained after 10 minutes of reaction under the conditions of the reaction product injection ratio of hydrogen: n-butane = 1.25: 1, and the dehydrogenation product yield of 27% was obtained after 120 minutes of reaction. In addition, a literature on utilization of zirconium-introduced catalysts has been reported (Non-Patent Document 15). In this document, platinum-tin / zirconia-alumina catalysts were prepared, hydrogen: nitrogen = 1: 10 and then reduced to, total flow 120 cm 3 · min -1, the reactant flow ratio of hydrogen: n-butane = 3: 1 in the condition, the initial reaction of n-butane conversion of 22.4%, a dehydrogenation product It was reported that the selectivity was 98.9%.

노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 수행하는 데 있어서, 알루미나에 백금과 주석이 담지된 백금-주석-알루미나 촉매를 사용하는 경우, 높은 선택도와 수율의 탈수소화 생성물을 얻을 수 있지만, 촉매 반응 과정상에서 코킹 침적에 의한 비활성화가 나타나, 촉매의 높은 활성이 오랜 시간 유지되지는 않기 때문에, 촉매의 성능을 장기간 유지할 수 있는 촉매를 개발할 필요성이 있다. In the direct dehydrogenation reaction of n-butane, when a platinum-tin-alumina catalyst containing platinum and tin supported on alumina is used, dehydrogenation products of high selectivity and yield can be obtained, There is a need to develop a catalyst capable of maintaining the performance of the catalyst for a long period of time because deactivation by coking deposition appears and high activity of the catalyst is not maintained for a long time.

US 6,433,241 B2 (A. Wu, C.A. Drake) 2002.8.13.US 6,433,241 B2 (A. Wu, C. A. Drake) 2002.8.13. US 6,187,984 B1 (A. Wu, C.A. Drake) 2001.2.13.US 6,187,984 B1 (A. Wu, C. A. Drake) 2001.2.13. US 5,344,805 (G.P. Khare, R.A. Porter) 1993.5.3.US 5,344,805 (G.P. Khare, R.A. Porter) 1993.5.3. US 4,827,072 (T. Imai, H. Abrevaya, J.C. Bricker, D. Jan) 1988.7.20.US 4,827,072 (T. Imai, H. Abrevaya, J. C. Bricker, D. Jan) 1988.7.20. US 3,960,975 (H.E. Manning) 1974.6.3.US 3,960,975 (H.E. Manning) 1974.6.3. US 3,960,776 (M.C. Ellis, H.E. Manning) 1974.7.1.US 3,960,776 (M. C. Ellis, H. E. Manning) 1974.7.1.

A.D. Ballarini, P. Zgolicz, I.M.J. Vilella, S.R. de Miguel, A.A. Castro, O.A. Scelza, Appl. Catal. A, 381권, 83쪽 (2010). A.D. Ballarini, P. Zgolicz, I. M.J. Vilella, S.R. de Miguel, A.A. Castro, O.A. Scelza, Appl. Catal. A, Vol. 381, p. 83 (2010). M.J. Ledoux, F. Meunier, B. Heinrich, C. Pham-Huu, M.E. Harlin, A.O.I. Krause, Appl. Catal. A, 181권, 157쪽 (1999). M.J. Ledoux, F. Meunier, B. Heinrich, C. Pham-Huu, M.E. Harlin, A.O.I. Krause, Appl. Catal. A, vol. 181, p. 157 (1999). M. Setnicka, R. Bulanek, L. Capek, P. Cicmanec, J. Mol. Catal. A, 344권, 1쪽 (2010). M. Setnicka, R. Bulanek, L. Capek, P. Cicmanec, J. Mol. Catal. A, 344, 1 (2010). J. McGregor, Z. Huang, G. Shiko, L.F. Gladden, R.S. Stein, M.J. Duer, Z. Wu, P.C. Stair, S. Rugmini, S.D. Jackson, Catal. Today, 142권, 143쪽 (2009). J. McGregor, Z. Huang, G. Shiko, L.F. Gladden, R.S. Stein, M.J. Duer, Z. Wu, P.C. Stair, S. Rugmini, S.D. Jackson, Catal. Today, 142, 143 (2009). J.M. McNamara, S.D. Jackson, D. Lennon, Catal. Today, 81권, 583쪽 (2003). J.M. McNamara, S.D. Jackson, D. Lennon, Catal. Today, Vol. 81, pp. 583 (2003). S.R. de Miguel, S.A. Bocanegra, I.M.J. Vilella, A. Guerrero-Ruiz, O.A. Scelza, Catal. Lett., 119권, 5쪽 (2007). S.R. de Miguel, S.A. Bocanegra, I.M.J. Vilella, A. Guerrero-Ruiz, O.A. Scelza, Catal. Lett., 119, 5 (2007). S.A. Bocanegra, S.R. de Miguel, I. Borbath, J.L. Margitfalvi, S.A. Scelza, J. Mol. Catal. A, 301권, 52쪽 (2009). S.A. Bocanegra, S.R. de Miguel, I. Borbath, J.L. Margitfalvi, S.A. Scelza, J. Mol. Catal. A, Vol. 301, p. 52 (2009). S.A. Bocanegra, A.A. Castro, A. Guerrero-Ruiz, O.A. Scelza, S.R. de Miguel, Chem. Eng. J., 118권, 161쪽 (2006). S.A. Bocanegra, A.A. Castro, A. Guerrero-Ruiz, O.A. Scelza, S.R. de Miguel, Chem. Eng. J., 118, 161 (2006). M.M. Bhasin, J.H. McCain, B.V. Vora, T. Imai, P.R. Pujado, Appl. Catal. A, 221권, 397쪽 (2001). M.M. Bhasin, J. H. McCain, B.V. Vora, T. Imai, P.R. Pujado, Appl. Catal. A, Vol. 221, p. 397 (2001). S.D. Jackson, S. Rugmini, J. Catal., 251권, 59쪽 (2007). S.D. Jackson, S. Rugmini, J. Catal., 251, 59 (2007). Y. Xu, J. Lu, M. Zhong, J. Wang, J. Nat. Gas Chem., 18권, 88쪽 (2009). Y. Xu, J. Lu, M. Zhong, J. Wang, J. Nat. Gas Chem., Vol. 18, p. 88 (2009). S. Bocanegra, A. Ballarini, P. Zgolicz, O. Scelza, S. de Miguel, Catal. Today, 143권, 334쪽 (2009). S. Bocanegra, A. Ballarini, P. Zgolicz, O. Scelza, S. de Miguel, Catal. Today, Vol. 143, p. 334 (2009). S. Veldurthi, C.-H. Shin, O.-S. Joo, K.-D. Jung, Catal. Today, 185권, 88쪽 (2012). S. Veldurthi, C.-H. Shin, O.-S. Joo, K.-D. Jung, Catal. Today, vol. 185, p. 88 (2012). S.A. Bocanegra, A.A. Castro, O.A. Scelza, S.R. de Miguel, Appl. Catal. A, 333권, 49쪽 (2007).  S.A. Bocanegra, A.A. Castro, O.A. Scelza, S.R. de Miguel, Appl. Catal. A, Vol. 333, p. 49 (2007). C. Larese, J.M. Campos-Martin, J.L.G. Fierro, Langmuir, 16권, 10294 쪽 (2000). C. Larese, J.M. Campos-Martin, J.L.G. Fierro, Langmuir, Vol. 16, 10294 (2000).

이에 본 발명자들은  종래의 기술에서 나타났던 백금-주석-알루미나 촉매의 시간에 따른 활성 감소의 문제점을 최소화하고자 알루미나 담체의 제조법을 고안하였고, 제조된 담체에 주석과 백금을 순차적으로 담지하여 얻어지는 백금/주석/알루미나 촉매에 대한 제조 기법을 확립하였다. 이렇게 제조된 촉매를 사용하여 비활성화가 억제되고, 높은 선택도 및 수율로 탈수소화 생성물을 제조할 수 있는 촉매 반응 공정을 개발하였다. 또한 백금/주석/알루미나 촉매를 간단한 공정을 통해 제조하는 기법을 확립함으로써, 촉매 제조에 있어서의 재현성을 확보하였다.Accordingly, the present inventors have devised a process for producing an alumina support in order to minimize the problem of reduction in activity over time of the platinum-tin-alumina catalyst that has been revealed in the prior art. The platinum / A manufacturing technique for tin / alumina catalysts has been established. The catalytic reaction process was developed to produce dehydrogenation products with high selectivity and yield by inhibiting inactivation by using the catalyst thus prepared. In addition, by establishing a technique for producing a platinum / tin / alumina catalyst through a simple process, reproducibility in the production of a catalyst is ensured.

따라서 본 발명의 목적은, 활성성분인 백금과 증진제인 주석을 포함하고, 이를 지지하기 위한 담체로서 다양한 결정상의 알루미나를 이용하여 촉매를 제조하기 위함이고, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 적용하여도 백금 활성성분의 비활성화가 적으며, 높은 활성을 얻을 수 있는 촉매를 제조함에 있어서 재현성이 확보된 공정에 의한 방법으로 제조하는데 있으며, 이를 위해 에폭사이드 기반의 졸겔법으로 다양한 결정상의 알루미나 담체를 제조하고, 제조된 알루미나 담체를 이용하여 주석과 백금을 연속적인 함침법에 의해 담지하는 것을 포함하는, 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst for preparing a catalyst using various crystalline alumina as a carrier for supporting platinum as an active ingredient and tin as a promoter, and is applicable to a direct dehydrogenation reaction of n-butane The present invention relates to a process for preparing a catalyst capable of obtaining a high activity and a process for producing a catalyst having reproducibility. The process comprises preparing an alumina support of various crystalline phases by using an epoxide-based sol- And supporting the tin and platinum by a continuous impregnation method using the alumina support thus prepared. The present invention also provides a method for producing a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support.

본 발명의 다른 목적은 상기의 제조 방법에 의해 제조된 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 적용함으로써, 기존의 촉매들보다 비활성화가 억제되면서도 보다 높은 활성을 얻을 수 있는 탈수소화 생성물의 제조방법을 제공하는 것이다.          It is another object of the present invention to provide a catalyst for the dehydrogenation of n-butane, which comprises a tin-containing platinum catalyst supported on an alumina support produced by the above- And a method for producing the dehydrogenated product.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는, 다양한 결정상을 갖는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체의 제조방법을 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention provides a process for preparing an alumina support for a direct dehydrogenation reaction catalyst of n-butane having various crystal phases, comprising the steps of:

(a) 알코올 용매에 알루미늄 전구체를 용해시키는 단계; (a) dissolving an aluminum precursor in an alcohol solvent;

(b) 상기 용액에 에폭사이드(Epoxide)계 화합물을 주입하여 겔(Gel)을 얻는 단계;(b) injecting an epoxide compound into the solution to obtain a gel;

(c) 상기 겔을 상온에서 숙성시키는 단계;(c) aging the gel at room temperature;

(d) 상기 숙성된 겔을 건조시켜 알코올 용매를 제거하는 단계; 및(d) drying the aged gel to remove the alcohol solvent; And

(e) 상기 건조된 겔을 열처리하여, 다양한 결정상을 갖는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체를 얻는 단계.(e) heat treating the dried gel to obtain an alumina support for a direct dehydrogenation catalyst of n-butane having various crystalline phases.

본 발명의 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계 후 (b) 단계 전에, (a') 상기 (a) 단계에서 제조한 알루미늄 전구체 용액에 증류수를 첨가하는 단계를 더 포함할 수도 있다. In the method for producing an alumina support for a direct dehydrogenation catalyst of n-butane in accordance with the present invention, the aluminum precursor solution prepared in the step (a) may be added with distilled water May be added.

상기 (a) 단계는 알코올 용매에 알루미늄 전구체를 용해시키므로써 알루미늄 금속 이온을 수화시키는 단계로서, 상기 (a) 단계에서 사용되는 알코올 용매로는 그 종류에 특별한 제한이 없으며, 메탄올(Methanol), 에탄올 (Ethanol), 프로판올 (Propanol), 이소프로판올(Isopropanol), 1-부탄올(1-Butnol) 및 2-부탄올(2-Butanol) 등 대표적으로 알려진 알코올류가 모두 사용될 수 있으나, 에탄올이 가장 바람직하다.In the step (a), the aluminum precursor is dissolved in the alcohol solvent to hydrate the aluminum metal ion. The alcohol solvent used in the step (a) is not particularly limited and may be selected from the group consisting of methanol, ethanol Ethanol is most preferred, although representative alcohols such as ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol and 2-butanol can be used.

또한, 상기 알루미늄 전구체로는 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate), 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트(Aluminum Chloride Hexahydrate), 알루미늄 플루오라이드 트리하이드레이트(Aluminum Fluoride Trihydrate), 알루미늄 포스페이트 하이드레이트(Aluminum Phosphate Hydrate) 및 알루미늄 하이드록사이드(Aluminum Hydroxide) 전구체로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직한데, 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate)를 사용하는 것이 특히 바람직하다.Examples of the aluminum precursor include aluminum nitrate nonahydrate, aluminum chloride hexahydrate, aluminum fluoride trihydrate, aluminum phosphate hydrate, aluminum hydrate, It is preferable to use at least one selected from aluminum hydroxide precursors, and it is particularly preferable to use aluminum nitrate nonahydrate.

상기 (a')단계에서 사용되는 증류수는 알루미늄 전구체와 반응하게 되어 금속 이온을 수화시키는데 도움을 주고, (b) 단계에서 겔 형성속도를 조절하게 되는데, 이때 사용되는 증류수의 양은 제한없이 사용할 수 있는데, 증류수:알루미늄 전구체의 몰비로 1~8:1인 것이 바람직하고, 상기 몰비가 1:1 미만이면 증류수 첨가 효과가 미흡하고, 상기 몰비가 8:1을 초과하면 겔화가 지나치게 일어나 균일하지 않은 형태의 겔이 형성되어 바람직하지 않다. The distilled water used in step (a ') reacts with the aluminum precursor to help hydrate the metal ion, and the gel formation rate is controlled in step (b). The amount of the distilled water used can be used without limitation The molar ratio of distilled water to aluminum precursor is preferably 1 to 8: 1. If the molar ratio is less than 1: 1, the effect of adding distilled water is insufficient. If the molar ratio exceeds 8: 1, gelation occurs excessively, Of the gel is formed.

상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 알루미늄 전구체 용액에 에폭사이드(Epoxide)계 화합물을 주입하여 수화된 알루미늄에 수산화기(Hydroxyl Group)가 생성되게 함과 동시에 이들 간의 축합반응을 진행하여 겔을 얻는 단계로서, 상기 (b) 단계에서 사용되는 에폭사이드계 화합물로는 프로필렌 옥사이드(Propylene Oxide), 에틸렌 옥사이드(Ethylene Oxide) 및 1,2-에폭시부탄(1,2-Epoxybutane) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것이 바람직하다. In the step (b), an epoxide compound is injected into the aluminum precursor solution in step (a) to form a hydroxyl group on aluminum hydrate, and a condensation reaction between them is carried out to form a gel The epoxide compound to be used in the step (b) may be selected from the group consisting of propylene oxide, ethylene oxide and 1,2-epoxybutane, It is preferable to use at least one kind selected.

상기 (c) 단계에서 겔의 숙성은 겔이 형성된 이후에도 축합반응이 계속되어 겔을 더욱 강하고 단단하게 하면서 망상구조가 성장하도록 하기 위한 목적으로 수행하는데, 예를 들어 숙성은 상온(20~25℃)에서 2~3일 동안 수행할 수 있다. The aging of the gel in the step (c) is carried out for the purpose of continuing the condensation reaction even after the gel is formed so that the gel grows stronger and firmer while the network grows. For example, the aging is carried out at room temperature (20-25 ° C) For two to three days.

상기 (d) 단계에서 겔의 건조의 목적은 겔의 숙성 과정 이후 용매를 제거하기 위한 것으로, 일반적으로 알코올을 증발시킬 수 있는 온도를 하한으로 정하고, 또한 시료의 열에 의한 변화가 억제될 수 있는 온도를 상한으로 할 수 있고, 또한 건조 시간 역시 시료에서 알코올이 전부 제거될 것으로 예상되는 시간 범위 내에서 한정할 수 있다. 예를 들어, 상기 건조 온도는 50~200℃, 바람직하게는 80~120℃의 온도 범위에서 4~5일 동안 수행될 수 있다. The purpose of drying the gel in the step (d) is to remove the solvent after the aging process of the gel. Generally, the temperature at which the alcohol can be evaporated is set to the lower limit, and the temperature at which the change of the sample by heat And the drying time can also be limited within a time range in which all the alcohol is expected to be removed from the sample. For example, the drying temperature may be carried out at a temperature ranging from 50 to 200 DEG C, preferably from 80 to 120 DEG C for 4 to 5 days.

그리고 상기 (e) 단계에서 건조된 고체 시료를 열처리하는 것은 알루미나 담체로 합성하기 위한 것일 뿐 아니라 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 온도를 감안하여, 제조된 담체에 담지된 촉매를 상기 반응에 사용할 때 촉매의 변성을 억제하기 위한 것으로, 상기 열처리는 350~1200℃, 바람직하게는 600~1000℃, 가장 바람직하게는 800℃의 온도 범위에서 1~12시간 수행될 수 있는데, 상기 열처리온도가 350℃ 미만이거나 열처리 시간이 1 시간 미만인 경우에는 알루미늄 침전물이 충분히 알루미나로 합성되지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 1200℃를 초과하거나 열처리 시간이 12 시간을 초과하는 경우에는 알루미나 담체가 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 적합하지 않은 결정상으로 변질하거나 비표면적이 현저하게 줄어들어 담체로서 적합하게 사용되지 못할 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 이 열처리 단계에서 열처리 온도를 다양하게 하여 수행함으로써 알루미나 담체의 결정상을 다르게 만들 수 있다.The heat treatment of the solid sample dried in the step (e) is not only for synthesis as an alumina support, but also taking into consideration the direct dehydrogenation reaction temperature of the n-butane, when the catalyst supported on the carrier is used for the reaction The heat treatment may be performed at a temperature of 350 to 1200 ° C, preferably 600 to 1000 ° C, and most preferably 800 ° C for 1 to 12 hours. When the heat treatment temperature is 350 ° C Or the heat treatment time is less than 1 hour, the aluminum precipitate is not sufficiently synthesized with alumina. Therefore, when the heat treatment temperature exceeds 1200 ° C. or the heat treatment time exceeds 12 hours, the alumina support is directly dehydrated in n-butane It is transformed into a crystalline phase which is not suitable for the digestion reaction or the specific surface area is remarkably reduced, It is not preferable because there is a fear that it will not be used. In this heat treatment step, the crystal phase of the alumina support can be made different by performing the heat treatment at various temperatures.

상기와 같이 제조되는 알루미나 담체를 이용하는, 본 발명에 따른 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:A process for preparing a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support according to the present invention using an alumina support prepared as described above comprises the following steps:

(i) 주석 전구체 수용액을 상기한 본 발명의 담체 제조방법으로 제조된 알루미나 담체에 함침하는 단계;(i) impregnating a tin precursor aqueous solution into an alumina carrier produced by the method for producing a carrier of the present invention as described above;

(ii) 상기 (i)단계에서 얻어진 결과물을 건조 및 열처리하여 알루미나 담체에 담지된 주석을 얻는 단계;(ii) drying and heat-treating the resultant obtained in the step (i) to obtain tin supported on an alumina support;

(iii) 백금 전구체 수용액을 상기 (ii)단계에서 얻어진 알루미나 담체에 담지된 주석에 함침하는 단계; 및(iii) impregnating the platinum precursor aqueous solution with the tin supported on the alumina support obtained in the step (ii); And

(iv) 상기 (iii) 단계에서 얻어진 결과물을 건조 및 열처리하여 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 얻는 단계.(iv) drying and heat-treating the resultant obtained in the step (iii) to obtain a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support.

상기 (i) 단계에서 사용되는 주석 전구체는 통상적으로 사용되는 주석 전구체를 제한없이 사용할 수 있는데, 일반적으로 틴 클로라이드(Chloride), 틴 나이트라이드 (Nitride), 틴 브로마이드 (Bromide), 틴 옥사이드 (Oxide) 및 틴 아세테이트(Acetate) 전구체로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직한데, 틴 클로라이드(Tin(II) Chloride)를 사용하는 것이 특히 바람직하다.The tin precursor used in the step (i) may be any of conventional tin precursors which can be used without limitation. Generally, tin chloride, tin nitride, tin bromide, tin oxide, And a tin acetate precursor. It is particularly preferable to use tin chloride (Tin (II) chloride).

상기 (ii) 단계에서의 건조의 목적은 주석을 함침한 후 남아있는 수분을 제거하기 위한 것이므로, 일반적인 수분 건조 조건에 따라 건조 온도 및 건조 시간을 한정할 수 있는데, 예를 들어 건조 온도는 50~200℃, 바람직하게는 70~120℃, 건조 시간은 3~24 시간, 바람직하게는 6~12 시간으로 정할 수 있다.The purpose of drying in step (ii) is to remove remaining moisture after tin impregnation. Therefore, the drying temperature and the drying time can be limited according to general moisture drying conditions. For example, 200 ° C, preferably 70 to 120 ° C, and the drying time is 3 to 24 hours, preferably 6 to 12 hours.

상기 (ii)단계에서 열처리는 알루미나 담체에 담지된 주석을 합성하기 위한 목적으로 수행하는데, 400~800℃, 바람직하게는 500~700℃의 온도범위에서 1~12 시간 동안, 바람직하게는 3~6 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 400℃ 미만이거나 열처리 시간이 1 시간 미만인 경우에는 알루미나 담체에 담지된 주석의 합성이 충분하지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 800℃를 초과하거나 열처리 시간이 12 시간을 초과하는 경우에는 알루미나 담체에 담지된 주석의 상이 변성될 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.The heat treatment in the step (ii) is performed for the purpose of synthesizing tin supported on an alumina support. The heat treatment is performed at a temperature of 400 to 800 ° C, preferably 500 to 700 ° C for 1 to 12 hours, 6 hours. If the heat treatment temperature is less than 400 ° C or the heat treatment time is less than 1 hour, synthesis of tin supported on the alumina support is not sufficient. If the heat treatment temperature exceeds 800 ° C or the heat treatment time exceeds 12 hours There is a possibility that the phase of the tin supported on the alumina support may be denatured.

상기 (iii)단계에서 사용되는 백금 전구체는 통상적으로 사용되는 전구체라면 어떠한 것도 사용가능한데, 일반적으로 백금의 전구체로는 클로로플라티닉 엑시드 (Chloroplatinic acid), 플래티늄 옥사이드 (Platinum oxide), 플래티늄 클로라이드 (Platinum chloride) 및 플래티늄 브로마이드 (Platinum bromide) 전구체로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직한데, 클로로플라티닉 엑시드 (Chloroplatinic acid)를 사용하는 것이 특히 바람직하다. The platinum precursor used in step (iii) may be any of conventionally used precursors. Generally, platinum precursors include chloroplatinic acid, platinum oxide, platinum chloride, ) And a platinum bromide precursor. It is particularly preferable to use chloroplatinic acid.

상기 (iv) 단계에서의 열건조의 목적은 백금을 함침한 후 남아있는 수분을 제거하기 위한 것이므로, 일반적인 수분 건조 조건에 따라 건조 온도 및 건조 시간을 한정할 수 있는데, 예를 들어 건조 온도는 50~200℃, 바람직하게는 70~120℃, 건조 시간은 3~24 시간, 바람직하게는 6~12 시간으로 정할 수 있다.The purpose of the thermal drying in the step (iv) is to remove remaining moisture after impregnation with platinum, so that the drying temperature and the drying time can be limited according to general moisture drying conditions. For example, the drying temperature is 50 To 200 ° C, preferably 70 to 120 ° C, and the drying time is 3 to 24 hours, preferably 6 to 12 hours.

또, 상기 (iv)단계에서 열처리과정은 400~800℃의 온도 범위에서 1~12 시간 동안 수행 될 수 있고, 바람직하게는 500~700℃의 온도에서 3~6 시간 동안 열처리하여 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 얻는다. 상기 건조된 고체 시료를 열처리하는 것은 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 얻기 위한 것일 뿐 아니라 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응의 반응 온도를 감안하여, 제조된 촉매를 상기 반응에 사용할 때 촉매의 변성을 억제하기 위한 것으로, 열처리 온도가 400℃ 미만이거나 열처리 시간이 1 시간 미만인 경우에는 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매가 제대로 형성되지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 800℃를 초과하거나 열처리 시간이 12 시간을 초과하는 경우에는 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매의 결정상이 변질되어, 촉매로서 적합하게 사용되지 못할 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.In the step (iv), the heat treatment may be performed at a temperature of 400 to 800 ° C. for 1 to 12 hours, preferably at a temperature of 500 to 700 ° C. for 3 to 6 hours, To obtain a platinum catalyst containing tin. The heat treatment of the dried solid sample is not only for obtaining a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support but also for taking the reaction temperature of the direct dehydrogenation reaction of n-butane into consideration, When the heat treatment temperature is less than 400 DEG C or the heat treatment time is less than 1 hour, the platinum catalyst containing tin supported on the alumina support is not formed properly, and the heat treatment temperature is preferably 800 DEG C Or the heat treatment time exceeds 12 hours, the crystal phase of the platinum catalyst containing tin supported on the alumina support may be altered, which may not be suitably used as a catalyst.

본 발명은 또한 상기의 방법에 의해 제조된 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매 상에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 통해 탈수소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a process for preparing a dehydrogenation product through a direct dehydrogenation reaction of n-butane on a platinum catalyst comprising tin supported on an alumina support produced by the above process.

상기 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응의 반응물은 노르말-부탄과 질소를 포함하는 혼합기체로서, 노르말-부탄을 기준으로 하여 노르말-부탄:질소가 부피비로 1:0.2~10, 바람직하게는 1:0.5~5, 더욱 바람직하게는 1:1의 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 노르말-부탄과 질소의 부피비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 중 코킹 형성에 의한 비활성화가 빠르게 발생하거나, 촉매의 활성이나 선택도가 낮아지고, 탈수소화 생성물 생산량이 적어지며, 또한 공정 안전성에 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다. The reaction product of the direct dehydrogenation reaction of the n-butane is a mixed gas containing n-butane and nitrogen, and has a volume ratio of n-butane to nitrogen of 1: 0.2 to 10, preferably 1: 0.5 to 5, and more preferably 1: 1. When the volume ratio of n-butane and nitrogen is out of the above range, deactivation due to coking formation occurs rapidly during the direct dehydrogenation reaction of n-butane, the activity or selectivity of the catalyst is lowered, the dehydrogenation product production is reduced , And process safety may also occur, which is undesirable.

상기 혼합 기체 형태의 반응물을 반응기에 공급할 때, 반응물의 주입량은 질량유속조절기를 사용하여 조절할 수 있는데, 반응물의 주입량은 노르말-부탄을 기준으로 공간속도 (GHSV : Gas Hourly Space Velocity)가 10∼6000 cc·h-1·gcat -1, 바람직하게는 100∼3000 cc·h-1·gcat -1, 더욱 바람직하게는 300∼1000 cc·h-1·gcat -1이 되도록 촉매량을 설정하는 것이 바람직하다. 공간속도가 10 cc·h-1·gcat -1 미만인 경우에는 탈수소화 생성물 생산양이 너무 적어 바람직하지 않고, 6000 cc·h-1·gcat -1를 초과하는 경우에는 촉매의 반응 부산물로 인한 코킹 침적이 빠르게 일어나기 때문에 바람직하지 않다.When the reactant in the form of the mixed gas is supplied to the reactor, the amount of the reactant to be injected can be controlled by using a mass flow controller. The amount of the reactant to be injected is preferably in the range of 10 to 6,000 GHz (Gas Hourly Space Velocity) cc · h -1 · g cat -1 , preferably 100 to 3000 cc · h -1 · g cat -1 , more preferably 300 to 1000 cc · h -1 · g cat -1. . If the space velocity is less than 10 cc · h -1 · g cat -1, the amount of dehydrogenation product produced is too low, and if it exceeds 6000 cc · h -1 · g cat -1 , Which is undesirable because rapid deposition of caulking occurs.

상기 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 진행시키기 위한 반응 온도는 300∼800℃인 것이 바람직하고, 500∼600℃인 것이 더욱 바람직하며, 550℃를 유지하는 것이 가장 바람직하다. 상기 반응 온도가 300℃ 미만인 경우에는 노르말-부탄의 반응이 충분히 활성화되지 않아서 바람직하지 않고, 800℃를 초과하는 경우에는 노르말-부탄의 분해반응이 주로 일어나서 바람직하지 않다.The reaction temperature for proceeding the direct dehydrogenation reaction of the n-butane is preferably 300 to 800 ° C, more preferably 500 to 600 ° C, and most preferably 550 ° C. When the reaction temperature is lower than 300 ° C, the reaction of n-butane is not sufficiently activated, and when it exceeds 800 ° C, decomposition reaction of n-butane occurs mainly.

상기 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 사용되는 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매의 활성성분인 백금은 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에서 높은 수율의 노르말-부텐과 1,3-부타디엔을 얻을 수 있는 성분이며, 주석은 백금입자의 소결현상을 막아주고, 백금의 입자크기를 작게 유지시켜 분산도를 증진시켜줌으로써 탈수소화 반응에 대한 활성점의 양을 높여 주는 역할을 한다. 알루미나는 백금과 주석을 지지하기 위한 담체로서 높은 열적·기계적 안정성을 가지며, 높은 백금 분산도를 유지시킬 수 있는 능력을 가져 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 적합한 것으로 알려져 있다. Platinum, which is an active component of a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support used for a direct dehydrogenation reaction of the n-butane, can be obtained by reacting n-butene with 1,3-butadiene in a high yield in the direct dehydrogenation reaction of n- And tin acts to increase the amount of active sites for dehydrogenation reaction by preventing the sintering of platinum particles and increasing the degree of dispersion by keeping the particle size of platinum small. Alumina is a carrier for supporting platinum and tin and has high thermal and mechanical stability and is known to be suitable for direct dehydrogenation reaction of n-butane with ability to maintain high platinum dispersion.

본 발명에 따르면 알루미나 담체를 에폭사이드 기반의 졸겔법을 통해 제조할 수 있으며, 담체 제조에 있어서 재현성을 확보할 수 있다. 또한 최종적으로 얻어지는 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매는 상기 알루미나 담체에 주석과 백금을 연속적인 간단한 함침·건조·열처리 과정을 거치는 방법으로 얻어지기 때문에, 특정 비율의 주석과 백금이 포함되게 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 쉽고 간단하게 제조할 수 있으면서도, 그 성분비를 자유롭게 조절할 수 있으며, 본 발명에 의한 촉매 제조 방법으로 열적·기계적으로 안정하면서 고효율의 촉매를 제조할 수 있고, 촉매의 제조 공정 역시 재현성을 확보할 수 있어, 높은 수율로 탈수소화 생성물을 제조할 수 있는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 안정적으로 얻을 수 있다. According to the present invention, an alumina support can be prepared through an epoxide-based sol-gel method, and reproducibility can be secured in the production of a support. Further, since the platinum catalyst containing tin supported on the finally obtained alumina support can be obtained by a simple method of continuously impregnating, drying and heat-treating tin and platinum to the alumina support, it is possible to use a specific ratio of tin and platinum A platinum catalyst containing tin supported on an alumina support can be easily and simply prepared, its component ratio can be freely controlled, and a highly efficient catalyst can be produced by a method for producing a catalyst according to the present invention, which is thermally and mechanically stable , It is possible to stably obtain a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support for a direct dehydrogenation reaction catalyst of a n-butane which can produce reproducibility in the production process of a catalyst and can produce a dehydrogenation product with a high yield have.

또한 본 발명에 따라 제조되는 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매는 산업적으로 많이 사용되는 담체인 알루미나를 주로 사용하기 때문에 촉매 가공이 용이하여, 노르말-부텐과 1,3-부타디엔 제조공정에 유리하므로, 본 발명에 의하면, 석유화학산업에서 그 수요와 가치가 증가하고 있고, 상대적으로 타 올레핀 대비 가격 강세가 지속되는 탈수소화 생성물을 활용가치가 적은 노르말-부탄으로부터 제조할 수 있어, C4 유분의 고부가가치화를 이룰 수 있다. 또한 기존의 나프타 크래킹 공정이 가진 탈수소화 생성물 생산에 최적화할 수 없다는 한계를 극복하고, 단독 공정으로서 탈수소화 생성물 생산에만 집중 할 수 있는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 공정을 확보하여, 탈수소화 생성물 수요 증가를 충족시켜 경제적 이득을 얻을 수 있으며, 향후 시장 변화에 능동적으로 대처할 수 있고, 효율적으로 운영할 수 있다는 장점이 있다.Also, since the platinum catalyst containing tin supported on the alumina support produced according to the present invention mainly uses alumina, which is an industrially used carrier, it is easy to process the catalyst, and thus, Therefore, according to the present invention, the demand and value of the petrochemical industry are increasing, and the dehydrogenation product, which is relatively stronger in price compared to the olefin, can be produced from n-butane having a low utilization value, Can be achieved. In addition, the conventional naphtha cracking process can not be optimized for the production of dehydrogenation products, and the direct dehydrogenation process of n-butane, which can concentrate only on the dehydrogenation product production as a single process, And it is advantageous in that it can actively cope with future market changes and can operate efficiently.

도 1은 본 발명의 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 6종의 촉매의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 6종의 촉매를 환원처리하여 얻어진 환원된 촉매들의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 6종의 촉매의 산 특성 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 6종의 촉매 상에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 360분간 수행하는 동안, 탈수소화 생성물의 수율 변화 추이를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 6종의 촉매 상에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 수행한 지 360분째의 촉매 활성을 나타낸 도면이다.
1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of six catalysts prepared by the method of Production Example 3 of the present invention.
2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the reduced catalysts obtained by reducing the six catalysts prepared by the method of Production Example 3 of the present invention.
FIG. 3 is a view showing acid characteristic profiles of six catalysts prepared by the method of Production Example 3 of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a graph showing a change in yield of dehydrogenation products during a 360-minute direct dehydrogenation reaction of n-butane over six catalysts prepared by the method of Production Example 3 of the present invention.
5 is a graph showing the catalytic activity at 360 minutes after direct dehydrogenation of n-butane on six catalysts prepared by the method of Production Example 3 of the present invention.

이하에서는 구체적인 구현예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 예들은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments. However, these examples are for illustrative purposes only, and the present invention is not limited to these examples.

[[ 제조예Manufacturing example 1] One]

에폭사이드Epoxide 기반의  Based 졸겔법을Sol-gel method 통해 제조한 열처리온도가 800℃인 알루미나  Lt; RTI ID = 0.0 > 800 C < / RTI > 담체carrier (Al (Al 22 OO 33 )의 제조)

알루미나 담체 제조를 위해 알코올 용매로 에탄올(Ethanol, Fisher 제품)을 사용하였으며, 알루미늄 전구체로는 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonhydrate, Aldrich 제품)를 사용하였다. 먼저 에탄올 용매 85.9 ml에 알루미늄 전구체 22.1 g을 용해시킨 뒤, 알루미늄 전구체가 충분히 녹을 수 있도록 3시간 동안 교반하였다. 이후 상기 용액에 프로필렌 옥사이드 (Propylene Oxide, Arcos 제품) 42.6 ml를 서서히 첨가하여 금속 이온 간의 축합 반응을 유도하였고, 이 용액을 5분 동안 추가적으로 교반하여 흰색의 불투명한 알루미나 겔(Gel)을 얻었으며, 이렇게 얻어진 알루미나 겔을 상온에서 2일 동안 겔(Gel)이 숙성될 수 있도록 방치해두었다. 이후 숙성된 겔을 80℃ 오븐에서 약 5일 정도 건조시키고, 이렇게 얻은 시료를 공기분위기의 전기로에서 800℃의 온도를 유지하여 4 시간 열처리함으로써 에폭사이드 기반의 졸겔법에 따라 알루미나 담체를 제조하였다. 이렇게 제조된 담체를 Al2O3 (800)으로 명명하였다.
Ethanol (Ethanol, Fisher product) was used as an alcohol solvent and aluminum nitrate nonhydrate (Aldrich product) was used as an aluminum precursor for alumina carrier preparation. First, 22.1 g of the aluminum precursor was dissolved in 85.9 ml of an ethanol solvent and stirred for 3 hours to sufficiently dissolve the aluminum precursor. Then, 42.6 ml of propylene oxide (product of Arcos) was slowly added to the solution to induce a condensation reaction between metal ions. The solution was further stirred for 5 minutes to obtain white opaque alumina gel (Gel) The alumina gel thus obtained was allowed to aged at room temperature for 2 days. Thereafter, the aged gel was dried in an oven at 80 ° C. for about 5 days, and the thus obtained sample was heat-treated at 800 ° C. for 4 hours in an electric furnace in an air atmosphere to prepare an alumina carrier according to an epoxide-based sol-gel method. The carrier thus prepared was named Al 2 O 3 (800).

[[ 제조예Manufacturing example 2] 2]

에폭사이드Epoxide 기반의  Based 졸겔법을Sol-gel method 통해 제조한 알루미나  The alumina 담체carrier ( ( AlAl 22 OO 33 )의 제조)

본 제조예 2에서는 알루미나 겔의 형성 및 숙성, 건조까지는 모두 제조예 1과 동일하게 한 후, 열처리 시간은 4시간을 유지하고, 온도를 600℃, 700℃, 900℃, 1000℃, 1100℃로 열처리함으로써 5종의 알루미나 담체를 제조하였다. 이렇게 제조된 담체를 열처리 온도에 따라 Al2O3 (X) (X=열처리 온도)로 명명하였다.
In Production Example 2, the same procedures as in Production Example 1 were conducted until the alumina gel was formed, aged and dried, and the heat treatment time was kept at 4 hours, and the temperature was changed to 600 ° C, 700 ° C, 900 ° C, 1000 ° C, and 1100 ° C Five kinds of alumina carriers were prepared by heat treatment. The carrier thus prepared was named Al 2 O 3 (X) (X = heat treatment temperature) according to the heat treatment temperature.

[[ 제조예Manufacturing example 3] 3]

6종의 알루미나를 이용하여 주석과 백금의 순차적 Six types of alumina were used to form a series of tin and platinum 함침법을Impregnation 통한 백금/주석/알루미나 ( Platinum / tin / alumina ( PtPt // SnSn // AlAl 22 OO 33 ) 제조) Produce

백금/주석/알루미나 (Pt/Sn/Al2O3) 촉매는 상기 제조예 1과 제조예 2의 에폭사이드 기반의 졸겔법에 따라 제조된 6종의 알루미나 담체를 이용하여 주석과 백금의 순차적 함침법을 통해 제조되었다. The platinum / tin / alumina (Pt / Sn / Al 2 O 3 ) catalyst was prepared by using six kinds of alumina carriers prepared according to the epoxide-based sol-gel method of Preparation Example 1 and Preparation Example 2, Lt; / RTI >

구체적으로는 6종의 백금/주석/알루미나 촉매의 제조법은 다음과 같다. 먼저, 주석의 함량이 1중량%가 되도록 주석/알루미나를 제조하기 위해, 주석 전구체로서 틴 클로라이드 디하이드레이트 (Tin(II) chloride dihydrate) 0.038 g을 비커에 담아 소량의 염산 (0.37 ml)과 증류수 (15 ml)에 용해시켰다. 이렇게 준비된 용액에 상기 주석 전구체가 완전히 용해되면 상기에서 제조된 알루미나 담체 2.0 g을 넣은 후, 70℃에서 가열하면서 증류수가 완전히 증발할 때까지 교반시키면 고체물질이 남는다. 이후, 상기 고체물질을 80℃ 오븐에서 약 12 시간 정도 추가적으로 건조시키고, 이렇게 얻은 시료를 공기분위기의 전기로에서 600℃의 온도를 유지하여 4 시간 열처리함으로써 주석/알루미나가 형성되도록 하여, 주석 1중량%가 담지된 주석/알루미나 (Sn/Al2O3)를 얻었다. Specifically, the production method of the six platinum / tin / alumina catalysts is as follows. First, 0.038 g of tin chloride dihydrate (Tin (II) chloride dihydrate) as a tin precursor was charged into a beaker and a small amount of hydrochloric acid (0.37 ml) and distilled water 15 ml). When the tin precursor is completely dissolved in the thus-prepared solution, 2.0 g of the alumina carrier prepared above is added, and the mixture is heated at 70 DEG C while stirring until the distilled water is completely evaporated. Thereafter, the solid material was further dried in an oven at 80 DEG C for about 12 hours, and the thus obtained sample was heat-treated at 600 DEG C for 4 hours in an electric furnace in an air atmosphere to form tin / alumina, Tin / alumina (Sn / Al 2 O 3 ).

이렇게 얻어진 주석/알루미나 시료 2.0 g에 백금의 함량이 1 중량 %가 되도록, 백금 전구체로서 클로로플라티닉 엑시드 헥사하이드레이트(Chloroplatinic Acid Hexahydrate) 0.053 g을 비커에 담아 증류수 (10 ml)에 용해시키고, 상기 백금 전구체 용액이 완전히 용해되면, 상기 전구체 용액에 미리 제조한 주석/알루미나 2.0 g을 넣은 후 70℃에서 증류수가 완전히 증발할 때까지 교반시켰다. 이후, 고체물질이 남으면 80℃ 오븐에서 약 12 시간 정도 추가적으로 건조시키고, 이렇게 얻은 시료를 공기분위기의 전기로에서 550℃의 온도를 유지하여 4 시간 열처리함으로써 백금/주석/알루미나 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매를 알루미나 담체 제조시의 열처리 온도에 따라 Pt/Sn/Al2O3 (600), Pt/Sn/Al2O3 (700), Pt/Sn/Al2O3 (800), Pt/Sn/Al2O3 (900), Pt/Sn/Al2O3 (1000), Pt/Sn/Al2O3 (1100)으로 명명하였다. To 2.0 g of the tin / alumina sample thus obtained, 0.053 g of chloroplatinic acid hexahydrate as a platinum precursor was dissolved in distilled water (10 ml) in a beaker so that the content of platinum was 1 wt% When the precursor solution completely dissolved, 2.0 g of tin / alumina prepared in advance was added to the precursor solution, and the mixture was stirred at 70 캜 until the distilled water completely evaporated. Thereafter, the solid material was further dried in an oven at 80 ° C. for about 12 hours, and the thus obtained sample was heat-treated for 4 hours at 550 ° C. in an electric furnace in an air atmosphere to prepare a platinum / tin / alumina catalyst. The Pt / Sn / Al 2 O 3 (600), Pt / Sn / Al 2 O 3 (700), Pt / Sn / Al 2 O 3 / Al 2 O 3 (900), Pt / Sn / Al 2 O 3 (1000), and Pt / Sn / Al 2 O 3 (1100).

제조된 촉매들에 대하여, X-선 회절 분석을 통하여 각 촉매의 상을 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 촉매의 분석 결과, 6종의 촉매에서 백금과 알루미나 구조가 관찰되었으며, 담체의 열처리온도가 높은 촉매에서는 백금의 결정상이 관찰되었으며, 알루미나 담체의 열처리온도가 증가함에 따라 알루미나는 감마, 쎄타, 알파로 결정상이 변화하는 것을 확인할 수 있었다. X-ray diffraction analysis of the prepared catalysts confirmed the phase of each catalyst, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, the platinum and alumina structures were observed in the six catalysts as a result of the analysis of the catalyst prepared by the method of Production Example 3 of the present invention. In the catalyst having a high heat treatment temperature of the carrier, As the annealing temperature of the alumina support increased, it was confirmed that the alumina changed its crystal phase to gamma, theta and alpha.

도 2는 상기 제조된 촉매들의 환원처리 후, 환원된 촉매의 X-선 회절 분석 결과를 나타내었다. 환원된 촉매들의 알루미나 담체의 결정상은 열처리된 촉매와 동일하며, 높은온도에서 열처리한 촉매의 경우 백금의 결정상이 백금-주석의 결정상으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. FIG. 2 shows the results of X-ray diffraction analysis of the reduced catalyst after the reduction treatment of the prepared catalysts. The crystal phase of the alumina support of the reduced catalyst was the same as that of the heat treated catalyst, and it was confirmed that the crystal phase of platinum changed to the crystal phase of platinum - tin in the case of the catalyst heat treated at a high temperature.

도 3은 제조된 촉매의 산 특성 프로파일을 나타낸 도면이다. 촉매의 산 특성 프로파일은 암모니아 승온 탈착 곡선의 결과를 나타낸 것이다. 도 3에서 나타난 바와 같이, 촉매의 알루미나 담체의 열처리온도가 증가함에 따라 촉매의 산 특성은 약해지는 것을 알 수 있었다. 3 is a view showing an acid characteristic profile of the produced catalyst. The acid profile of the catalyst shows the results of ammonia temperature desorption curves. As shown in FIG. 3, it was found that the acid characteristic of the catalyst was weakened as the heat treatment temperature of the alumina support of the catalyst was increased.

표 1은 제조된 촉매의 BET 비표면적과 활성금속인 백금의 표면적을 나타낸 것이다. 촉매의 BET 비표면적은 BELSORP-mini 장비의 BET 식의 분석결과를 통해 얻어졌고, 백금의 표면적은 Bel-Cat장비의 수소화학흡착 분석결과를 통해 얻어졌다. 표 1에서 나타난 바와 같이, 촉매의 알루미나 담체의 열처리온도가 증가함에 따라 BET 비표면적은 선형적으로 감소하고, 백금의 표면적은 서서히 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
Table 1 shows the BET specific surface area of the prepared catalyst and the surface area of platinum as the active metal. The BET specific surface area of the catalyst was obtained from the analysis of the BET equation of BELSORP-mini equipment, and the surface area of platinum was obtained from the results of hydrogen chemisorption analysis of Bel-Cat equipment. As shown in Table 1, the BET specific surface area decreases linearly with the heat treatment temperature of the alumina support of the catalyst, and the surface area of platinum decreases gradually.

Figure pat00001
Figure pat00001

[[ 실시예Example 1] One]

연속 continuity 흐름식Flow equation 촉매 반응기를 통한 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응  Direct dehydrogenation of n-butane via catalytic reactor

제조예 1, 3의 방법에 의해 제조한 백금/주석/알루미나 촉매를 사용하여 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 수행하였으며, 구체적인 반응 실험 조건은 다음과 같다.
Direct dehydrogenation of n-butane was carried out using the platinum / tin / alumina catalysts prepared by the methods of Preparation Examples 1 and 3, and the specific reaction conditions were as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

본 실시예 1에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 사용한 반응물은 99.65 중량%의 노르말-부탄을 포함한 C4 혼합물로서, 그 조성을 상기 표 2에 나타내었다. The reactant used in the direct dehydrogenation reaction of n-butane in this Example 1 is a C4 mixture containing 99.65% by weight of n-butane, the composition of which is shown in Table 2 above.

촉매반응을 위해 일자형 쿼츠 반응기를 전기로 안에 설치하여 상기 촉매를 쿼츠 반응기에 충전시키고, 반응에 앞서 촉매를 활성화시키기 위하여 환원 과정을 수행하였다. 환원 과정에서는 고정층 반응기의 온도를 상온에서 570℃로 승온하여 570℃에서 3 시간 동안 지속되게 하였고, 환원을 위한 기체로는 수소:질소의 혼합기체를 비율(부피비)이 1:1이 되도록 주입하였고, 주입속도는 수소를 기준으로 600 cc·hr-1·gc at -1이 되도록 촉매 양을 설정하여 반응하였다. 이후, 반응기의 온도를 550℃로 낮추고, 550℃에서 상기 노르말-부탄을 포함한 C4 혼합물과 질소를 촉매 층을 통과하게 하여 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 수행하였다. 이 때, 반응을 위한 기체로 노르말-부탄:질소의 비율이 1:1이 되도록 주입하였고, 주입속도는 설정한 촉매 양과 노르말-부탄을 기준으로 600 cc·hr-1·gcat -1이 되도록 설정하였다. For the catalytic reaction, a linear quartz reactor was installed in an electric furnace, the catalyst was charged into a quartz reactor, and a reduction process was performed to activate the catalyst prior to the reaction. In the reduction process, the temperature of the fixed-bed reactor was raised from room temperature to 570 ° C and maintained at 570 ° C for 3 hours. As a reducing gas, a mixture of hydrogen and nitrogen was injected at a ratio (volume ratio) of 1: 1 , And the injection rate was set to 600 cc · hr -1 · g c at -1 based on hydrogen. Thereafter, the temperature of the reactor was lowered to 550 ° C, and the direct dehydrogenation reaction of n-butane was carried out at 550 ° C by passing the C4 mixture containing the n-butane and nitrogen through the catalyst bed. At this time, the gas for the reaction was injected so that the ratio of n-butane: nitrogen was 1: 1, and the injection rate was 600 cc · hr -1 · g cat -1 based on the amount of catalyst and the n-butane Respectively.

반응 후 생성물에는 본 반응의 주 생성물인 탈수소화 생성물 (노르말-부텐, 1,3-부타디엔) 이외에 크래킹에 의한 부산물(메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌)과 이성질화 반응에 의한 부산물(i-부탄, i-부텐) 등의 부산물과 미반응한 노르말-부탄이 포함되어 있으므로 이를 분리, 분석하기 위해 가스크로마토그래피를 이용하였다. The products after the reaction include byproducts (methane, ethane, ethylene, propane, propylene) by cracking in addition to the dehydrogenation products (n-butene and 1,3-butadiene) Butane and i-butene) and n-butane which are unreacted. Therefore, gas chromatography was used for the separation and analysis.

제조된 백금/주석/알루미나 촉매 상에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응에 의한 노르말-부탄의 전환율, 탈수소화 생성물의 선택도 및 수율은 다음의 수학식 1, 2 및 3에 의해 계산하였다.
The conversion of n-butane, the selectivity and yield of dehydrogenation products by the direct dehydrogenation reaction of n-butane on the prepared platinum / tin / alumina catalyst were calculated by the following equations (1), (2) and (3).

[[ 수학식Equation 1] One]

Figure pat00003
Figure pat00003

[[ 수학식Equation 2] 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

[[ 수학식Equation 3] 3]

Figure pat00005

Figure pat00005

제조예 1, 3에 의해 얻어진 백금/주석/알루미나 촉매 상에서 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 360 분 동안 수행하였으며, 탈수소화 생성물 수율 변화 추이를 도 4에 나타내었고, 반응 360 분째의 촉매활성을 표 3과 도 5에 나타내었다. 또한, 반응이 진행 된지 360분 후의 촉매의 선택도 결과를 표 4에 나타내었다.
Direct dehydrogenation of n-butane over the platinum / tin / alumina catalysts obtained in Preparation Examples 1 and 3 was carried out for 360 minutes. The change in dehydrogenation product yield was shown in FIG. 4, Table 3 and FIG. 5 show the results. The results of the selectivity of the catalyst after 360 minutes of the progress of the reaction are shown in Table 4.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

표 3, 4와 도 4, 5를 살펴보면, Pt/Sn/Al2O3(800) 촉매에 의해 진행된 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응의 경우, 반응 시간이 증가함에 따라 촉매의 수율이 감소되는 비활성화가 되는 경향을 보였다. 이는 여러 문헌에 보고된 것처럼 촉매의 코킹 침적에 의해 비활성화가 나타나는 것으로 판단된다. 탈수소화 생성물 선택도 (노르말-부텐, 1,3-부타디엔)는 약 90 % 이상으로 높게 나타났으며, 주요 부산물은 이성질화 물질 (i-부탄, i-부텐)과 크래킹 물질 (메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌)인 것으로 나타났다. 
As shown in Tables 3 and 4 and FIGS. 4 and 5, in the direct dehydrogenation reaction of n-butane carried out by the Pt / Sn / Al 2 O 3 (800) catalyst, the yield of the catalyst is decreased Inactivation. It is considered that deactivation is caused by the caulking deposition of the catalyst as reported in various documents. (N-butene, 1,3-butadiene) was found to be higher than about 90%. Major byproducts were isomerization products (i-butane, i-butene) and cracking materials (methane, ethane, Ethylene, propane, propylene).

[[ 실시예Example 2] 2]

제조예Manufacturing example 2 및  2 and 제조예Manufacturing example 3에 의한 방법에 따라 제조된  3 < / RTI > PtPt // SnSn // AlAl 22 OO 33 (X) (X는 알루미나 열처리 온도)의 직접 탈수소화 반응에서 반응 활성(X) (where X is the alumina heat treatment temperature)

제조예 2 및 제조예 3에 의한 방법으로 제조된 백금/주석/알루미나 (Pt/Sn/Al2O3 (600), Pt/Sn/Al2O3 (700), Pt/Sn/Al2O3 (900), Pt/Sn/Al2O3 (1000), Pt/Sn/Al2O3 (1100)) 촉매를 실시예 1에 의한 순서로 환원 과정을 거친 후, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 수행하였다. Sn / Al 2 O 3 (600), Pt / Sn / Al 2 O 3 (700), Pt / Sn / Al 2 O (700) prepared by the method of Production Example 2 and Production Example 3 3 (900), after a reduction process in the order of the Pt / Sn / Al 2 O 3 (1000), Pt / Sn / Al 2 O 3 (1100)) catalyst for example 1, n-direct dehydration of butane Digestion reaction was carried out.

본 실시예 2에 의한 반응 실험 결과는 표 5, 6과 도 4, 5에 나타내었다. 도 4에 360 분 동안의 시간에 따른 탈수소화 생성물 수율 변화 추이를 나타내었고, 반응이 진행된지 360분 후의 촉매활성을 표 5와 도 5에 나타내었고, 표 6에 촉매의 선택도 결과를 나타내었다.
The results of the reaction test according to Example 2 are shown in Tables 5 and 6 and FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows changes in the yield of dehydrogenation product with time for 360 minutes, and the catalyst activity after 360 minutes of the progress of the reaction is shown in Table 5 and FIG. 5, and the selectivity of the catalyst was shown in Table 6 .

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 표들과 도면들의 결과로부터, 에폭사이드 기반의 졸겔법의 알루미나 담체를 이용하여 주석과 백금을 순차적 함침법으로 제조된 촉매들 중에서도 특히 Pt/Sn/Al2O3 (800) 촉매가 반응시간에 따라 가장 높은 활성을 나타내고 있는 것을 확인하였으며, 열처리온도가 증가함에 따라 촉매의 활성이 증가하였다가 감소하는 경향이 나타났다. 이는 활성금속인 백금의 표면적이 넓으면서 산량이 적은 Pt/Sn/Al2O3 (800)에서 최적의 활성이 나타난 것으로 보인다.
From the results of the above tables and figures it can be seen that Pt / Sn / Al 2 O 3 (800) catalysts, especially those prepared by sequential impregnation of tin and platinum with an alumina support of the epoxide-based sol- And the activity of the catalyst increased with increasing the heat treatment temperature. It is shown that Pt / Sn / Al 2 O 3 (800), which has a small surface area and a low acid content, shows the optimum activity.

Claims (16)

다음의 단계들을 포함하는, 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체의 제조방법:
(a) 알코올 용매에 알루미늄 전구체를 용해시키는 단계;
(b) 상기 용액에 에폭사이드계 화합물을 주입하여 겔을 얻는 단계;
(c) 상기 겔을 상온에서 숙성시키는 단계;
(d) 상기 숙성된 겔을 건조시켜 알코올 용매를 제거하는 단계; 및
(e) 상기 건조된 겔을 열처리하여, 다양한 결정상을 갖는 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응 촉매용 알루미나 담체를 얻는 단계.
A process for preparing an alumina support for a direct dehydrogenation reaction catalyst of n-butane, comprising the steps of:
(a) dissolving an aluminum precursor in an alcohol solvent;
(b) injecting an epoxide-based compound into the solution to obtain a gel;
(c) aging the gel at room temperature;
(d) drying the aged gel to remove the alcohol solvent; And
(e) heat treating the dried gel to obtain an alumina support for a direct dehydrogenation catalyst of n-butane having various crystalline phases.
제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계 후 (b) 단계 전에, (a') 상기 (a) 단계에서 제조된 알루미늄 전구체 용액에 증류수를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.2. The method of claim 1, further comprising adding distilled water to the aluminum precursor solution prepared in step (a) before step (b) after step (a) Gt; 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 사용되는 알코올 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 1-부탄올 및 2-부탄올로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법. The method according to claim 1, wherein the alcohol solvent used in step (a) is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol and 2-butanol. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 사용되는 알루미늄 전구체는 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트, 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트, 알루미늄 플루오라이드 트리하이드레이트, 알루미늄 포스페이트 하이드레이트 및 알루미늄 하이드록사이드로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the aluminum precursor used in step (a) is at least one selected from aluminum nitrate nonahydrate, aluminum chloride hexahydrate, aluminum fluoride trihydrate, aluminum phosphate hydrate and aluminum hydroxide By weight based on the total weight of the alumina support. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 사용되는 에폭사이드계 화합물은 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 및 1,2-에폭시부탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the epoxide compound used in step (b) is at least one selected from the group consisting of propylene oxide, ethylene oxide, and 1,2-epoxybutane. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 겔의 숙성은 2~3일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the aging of the gel in step (c) is performed for 2 to 3 days. 제 1항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 건조는 50~200℃에서 4~5일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the drying in step (d) is performed at 50 to 200 ° C for 4 to 5 days. 제 1항에 있어서, 상기 (e) 단계에서 열처리는 350~1200℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the heat treatment in step (e) is performed at a temperature ranging from 350 to 1200 ° C. 제 1항에 있어서, 상기 (e) 단계에서 얻어진 알루미나 담체의 결정상은 감마-알루미나, 쎄타-알루미나 및 알파-알루미나로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the crystalline phase of the alumina support obtained in step (e) is at least one selected from gamma-alumina, theta-alumina and alpha-alumina. 제 2항에 있어서, 상기 (a') 단계에서 사용되는 증류수의 양은 증류수:알루미늄 전구체의 몰비로 1~8:1인 것을 특징으로 하는 알루미나 담체의 제조방법.[3] The method of claim 2, wherein the amount of distilled water used in step (a ') is 1 to 8: 1 in terms of molar ratio of distilled water: aluminum precursor. 다음의 단계들을 포함하는, 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매의 제조방법:
(i) 주석 전구체 수용액을 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 알루미나 담체 제조방법으로 제조된 알루미나 담체에 함침하는 단계;
(ii) 상기 (i)단계에서 얻어진 결과물을 건조 및 열처리하여 알루미나 담체에 담지된 주석을 얻는 단계;
(iii) 백금 전구체 수용액을 상기 (ii)단계에서 얻어진 알루미나 담체에 담지된 주석에 함침하는 단계; 및
(iv) 상기 (iii) 단계에서 얻어진 결과물을 건조 및 열처리하여 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매를 얻는 단계.
A process for preparing a platinum catalyst comprising tin supported on an alumina support, comprising the steps of:
(i) impregnating an alumina support prepared by the method of manufacturing an alumina support according to any one of claims 1 to 10 with an aqueous tin precursor solution;
(ii) drying and heat-treating the resultant obtained in the step (i) to obtain tin supported on an alumina support;
(iii) impregnating the platinum precursor aqueous solution with the tin supported on the alumina support obtained in the step (ii); And
(iv) drying and heat-treating the resultant obtained in the step (iii) to obtain a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support.
제 11항에 있어서, 상기 (ii) 단계 및 (iv) 단계에서 건조는 50~200℃의 온도에서 수행되고, 열처리는 400~800℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매의 제조방법.The method according to claim 11, wherein the drying in steps (ii) and (iv) is performed at a temperature of 50-200 ° C, and the heat treatment is performed at a temperature of 400-800 ° C. ≪ / RTI > 제 11항의 제조방법으로 제조된 알루미나 담체에 담지된 주석을 포함하는 백금 촉매 상에서 노르말-부탄과 질소를 포함하는 혼합기체를 반응물로 하여 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 노르말-부텐과 1,3-부타디엔의 제조방법.A direct dehydrogenation reaction of n-butane is carried out by using a mixed gas containing n-butane and nitrogen as a reactant on a platinum catalyst containing tin supported on an alumina support produced by the production method of claim 11, -Butene and 1,3-butadiene. 제 13항에 있어서, 상기 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응은 300~800℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 노르말-부텐과 1,3-부타디엔의 제조 방법. 14. The process of claim 13, wherein the direct dehydrogenation of the n-butane is carried out at a temperature of 300 to 800 < 0 > C. 제 13항에 있어서, 상기 혼합기체는 노르말-부탄:질소=1:0.2~10의 부피비인 것을 특징으로 하는 노르말-부텐과 1,3-부타디엔의 제조 방법.14. The process for producing n-butene and 1,3-butadiene according to claim 13, wherein the mixed gas has a volume ratio of n-butane: nitrogen = 1: 0.2-10. 제 13항에 있어서, 상기 혼합기체의 주입량은 노르말-부탄을 기준으로 공간속도가 10∼6000 cc·hr-1·gcat- 1 인 것을 특징으로 하는 노르말-부텐과 1,3-부타디엔의 제조 방법.The method of claim 13, wherein the injection amount of the mixed gas is n-n, characterized in that 1-butene and a method for producing 1,3-butadiene is the space velocity, based on the butane 10~6000 cc · hr -1 · gcat .
KR1020140095885A 2014-07-28 2014-07-28 Method for Producing Alumina Carrier with Different Crystalline Phase for Catalyst for Direct Dehydrogenation of n-Butane, Platinum-Tin Bimetallic Catalyst Supported by the Alumina Carrier, and Method of Producing n-Butene and 1,3-Butadiene Using Said Catalyst KR20160014180A (en)

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