KR20160014235A - Catalyst for production of light olefin and production method of light olefins through catalytic cracking of hydrocarbons using the catalyst - Google Patents

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KR20160014235A
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Abstract

Disclosed is a catalyst for manufacturing light olefin including ethylene and propylene by catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having four to seven carbon atoms generated after naphtha cracking. The catalyst prevents activity of a catalyst from being degraded for a long term by having long catalytic life, while having physical and chemical properties of an existing catalyst by controlling chemical properties on the surface of crystal and inhibiting degradation of catalytic activity by carbon deposition. Provided in the present invention is a catalyst for manufacturing light olefin, which is a catalyst used in manufacturing of light olefin comprising ethylene and propylene by catalytic cracking a hydrocarbon mixture having four to seven carbon atoms generated after a naphtha cracking process. The catalyst has an outer surface acid site sealed by selective dealumination by having the zeolite catalyst treated and plasticized by an organic acid solution.

Description

경질 올레핀 제조용 촉매 및 이를 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해를 통한 경질 올레핀 제조방법{CATALYST FOR PRODUCTION OF LIGHT OLEFIN AND PRODUCTION METHOD OF LIGHT OLEFINS THROUGH CATALYTIC CRACKING OF HYDROCARBONS USING THE CATALYST}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a catalyst for the production of light olefins and a method for producing light olefins by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 경질 올레핀 제조용 촉매 및 이를 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해를 통한 경질 올레핀 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 납사 크래킹 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함한 경질 올레핀을 제조하는 방법에 사용되는 경질 올레핀 제조용 촉매의 물리화학적 특성 개선을 통한 경질 올레핀의 수율과 촉매 수명을 동시에 향상시킬 수 있는 촉매 및 이를 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해를 통한 경질 올레핀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for the production of light olefins and a process for producing light olefins by catalytic catalytic cracking of hydrocarbon mixtures using the same. More particularly, the present invention relates to a catalyst for catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms produced after naphtha cracking, A catalyst capable of simultaneously improving the yield of light olefins and the catalyst life by improving the physicochemical properties of the catalyst for the preparation of light olefins used in the production of light olefins, and a process for producing light olefins by catalytic catalytic cracking of hydrocarbon mixtures using the same ≪ / RTI >

에틸렌과 프로필렌은 석유화학 제품의 중요한 기초 원료이다. 현재까지 대부분의 에틸렌과 프로필렌은 주로 천연가스나 납사, 가스 오일 등과 같이 파라핀계 화합물을 주요 성분으로 하는 탄화수소를 촉매가 없는 무촉매 조건하에서 800℃ 이상의 고온에서 수증기 열분해함으로써 제조하고 있다. 탄화수소의 수증기 열분해 반응에서 에틸렌과 프로필렌의 수율을 높이기 위해서는 탄화수소의 전환율을 높이거나 올레핀의 선택도를 높여야 한다. 그러나 순수한 수증기 열분해 반응만으로 탄화수소의 전환율이나 올레핀의 선택도를 높이는 데는 한계가 있기 때문에 올레핀의 수율을 높일 수 있는 다양한 방법들이 제안되어 왔다.Ethylene and propylene are important raw materials for petrochemical products. Until now, most of ethylene and propylene have been produced by steam pyrolysis of hydrocarbons whose main components are paraffinic compounds, such as natural gas, naphtha and gas oil, at a high temperature of 800 ° C or higher under no catalyst condition without catalyst. In order to increase the yield of ethylene and propylene in steam cracking reaction of hydrocarbons, it is necessary to increase the conversion of hydrocarbons or increase the selectivity of olefins. However, various methods have been proposed to increase the yield of olefins because pure hydrothermal reaction only limits the conversion of hydrocarbons and selectivity of olefins.

최근 열분해 공정을 대신하는 에너지 절약 기술로서 촉매를 이용한 접촉분해 기술이 주목받고 있다. 촉매 접촉분해를 통한 경질 올레핀 제조를 위해 사용되는 대표적인 기술은 산 촉매를 이용한 접촉분해 공정이다. 특히 다양한 산 촉매 중 제올라이트가 가장 널리 사용되고 있는데, 이는 제올라이트가 화학적 조성의 변화를 통한 산성도 조절이 용이할 뿐만 아니라 독특한 형상 선택성으로 인해 반응 전환율 및 최종적으로 얻어지는 경질 올레핀의 수율 조절이 용이한 장점이 있기 때문이다. 대표적인 촉매 접촉분해용 제올라이트로는 ZSM-5, USY, REY, β-제올라이트 등이 사용되고 있다.Recently, catalytic decomposition technology using a catalyst has attracted attention as an energy saving technique which replaces the pyrolysis process. A typical technique used for producing light olefins through catalytic catalytic cracking is a catalytic cracking process using an acid catalyst. Particularly, zeolite among various acid catalysts is most widely used because it is easy to control the acidity through the change of the chemical composition of the zeolite, and the reaction conversion ratio and the yield of the light olefin finally obtained can be easily controlled due to the unique shape selectivity Because. ZSM-5, USY, REY, β-zeolite and the like are used as typical zeolites for catalytic catalytic cracking.

ZSM-5 촉매는 기존의 8-분자환(8-membered ring)의 기공 크기를 갖는 제올라이트 A 및 에리오나이트(erionite), 12-분자환(12-membered ring)으로 기공 내에서 13Å의 거대 기공(super-cage)을 갖는 포우저사이트(faujasite), 제올라이트 X 및 Y나 2차원적 기공 구조를 갖는 모데나이트(mordenite)와는 달리 중간 크기인 10-분자환(10-membered ring)의 기공 크기를 가지며, 5.4×5.6Å 크기의 직선 채널(straight channel)과 5.1×5.5Å 크기의 싸인 채널(sinusoidal channel)의 3차원적인 교차로 이루어지는 기공 구조에 의하여 균일한 기공 크기와 구조를 갖게 되어, 다른 제올라이트보다 형상 선택성이 우수하고 비활성 정도가 낮으며 높은 Si/Al비에 따른 열적 안정성도 우수한 것으로 알려져 있다(H. Krannila, W.O. Haag, B.C. Gates, J. Catal., vol.135, p115, 1992).The ZSM-5 catalyst is a zeolite A having an 8-membered ring pore size and erionite and a 12-membered ring, Unlike the faujasite with super-cage, the mordenite with zeolite X and Y or the two-dimensional pore structure, the pore size of the medium-sized 10-membered ring And has a uniform pore size and structure by a pore structure formed by a three-dimensional intersection of a straight channel of 5.4 × 5.6 Å and a sinusoidal channel of 5.1 × 5.5 Å, (H. Krannila, WO Haag, BC Gates, J. Catal., Vol.135, p115, 1992), which is superior in shape selectivity, low inactivity and high in thermal stability due to high Si / Al ratio.

한편, 반응 중 탄소 침적은 제올라이트 촉매의 활성을 저하시키는 주요 원인이다. 제올라이트 촉매의 산점은 마이크로 세공 내 뿐만 아니라 결정 표면에도 존재하기 때문에 외부 표면 산점에서도 촉매 반응이 진행된다. 결정 표면의 산점에서는 생성물의 분자 형태와 크기에 대한 공간적 제한이 없기 때문에 큰 분자의 탄화수소가 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 부산물들은 결정 표면에 침적되어 세공 입구를 막아 분자의 확산을 방해하기 때문에 촉매의 활성 저하를 유발한다. 제올라이트의 외표면적이 전체 표면적의 5% 내외에 지나지 않지만 탄소 침적은 결정 표면에서 매우 빠르게 일어나기 때문에 비선택적인 외표면에서의 반응을 무시할 수는 없다. 따라서 제올라이트 촉매의 활성 저하를 방지하기 위해서는 반드시 외표면의 산점을 제거하여 탄소 침적에 대한 촉매의 저항성을 향상시키는 것이 중요한 문제이다. 즉 외부 표면에 존재하는 활성점을 제거하게 된다면 촉매의 수명 향상에 지대한 영향을 미칠 것이라 기대할 수 있다.On the other hand, carbon deposition during the reaction is a major cause of the degradation of zeolite catalyst activity. Since the acid sites of the zeolite catalyst exist not only in the micropores but also on the crystal surface, the catalytic reaction proceeds even at the external surface acid sites. At the acid sites of the crystal surface, large molecules of hydrocarbons can be produced because there is no spatial limitation on the molecular shape and size of the product. The by-products thus formed are deposited on the surface of the crystal to block the diffusion of the molecules by blocking the pore openings, thereby causing the deactivation of the catalyst. Although the outer surface area of the zeolite is only about 5% of the total surface area, the reaction on the non-selective outer surface can not be ignored because carbon deposition takes place very quickly on the crystal surface. Therefore, in order to prevent the deactivation of the zeolite catalyst, it is important to remove the acid sites on the outer surface to improve the resistance of the catalyst to carbon deposition. That is, if the active sites existing on the outer surface are removed, it can be expected that the lifetime of the catalyst is greatly improved.

촉매의 산성도가 강할수록 탄소 침적이 심하기 때문에 촉매 산성도를 감소시켜 활성 저하 정도를 줄이기 위한 연구가 계속되고 있다. 제올라이트 산점을 조절하는 연구 중 가장 전통적인 개질법으로 탈알루미늄화가 있다. 탈알루미늄화를 시키는 방법으로 예를 들면, Weitkamp 등의 논문(Catalysis and Zeolites, Fundamentals and Applications (J. Weitkamp and L. Puppe, Eds., Springer, 1999), pp.127-155)에 기재된 수증기 처리, 사염화규소에 의한 처리, 헥사플루오로실리케이트 처리 등이 있다. 강한 산성도를 갖고 있는 제올라이트 촉매를 스팀 처리하면 브뢴스테드 산점과 루이스 산점의 비를 적절하게 조절할 수 있어 경질 올레핀 수율을 높인 결과도 보고되어 있다(Chen, D., Sharma, S., Cardona-Martinez, N., Dumesic, J. A., Bell, V. A., Hodge, G. D. and Madon, R. J., "Acidity Studies of Fluid Catalytic Cracking Catalysts by Microcalorimetry and Infrared Spectroscopy", J. Catal., 136, 392-402(1992)). 하지만 스팀 처리 단계에서 알루미늄 원자는 결정형 실리케이트 골격 구조로부터 화학적으로 제거되어 알루미나 입자를 형성하는데, 이들 입자는 골격 내 세공 입구의 부분적 폐색을 일으키거나 제올라이트 외표면의 산점 외에 제올라이트 골격 내에 존재하는 산점에 영향을 끼치면서 구조가 붕괴되고 산성도를 과하게 감소시키는 단점을 가지고 있다.As the acidity of the catalyst is increased, the carbon deposition is so severe that studies for reducing the degree of deactivation by decreasing the catalyst acidity have continued. The most traditional reforming method to control zeolite acidity is dealumination. For example, by the method of steam treatment described in Weitkamp et al. (Catalysis and Zeolites, Fundamentals and Applications (J. Weitkamp and L. Puppe, Eds., Springer, 1999), pp. 127-155) , Treatment with silicon tetrachloride, treatment with hexafluorosilicate, and the like. Steam treatment of zeolite catalysts with strong acidity has also been shown to increase the yield of light olefins by suitably adjusting the ratio of Bronsted acid to Lewis acid (Chen, D., Sharma, S., Cardona-Martinez , N., Dumesic, JA, Bell, VA, Hodge, GD and Madon, RJ, "Acidity Studies of Fluid Catalytic Cracking Catalysts by Microcalorimetry and Infrared Spectroscopy", J. Catal., 136, 392-402 (1992)). However, in the steam treatment step, aluminum atoms are chemically removed from the crystalline silicate skeleton to form alumina particles, which cause partial occlusion of the pore entrances in the skeleton or affect the acid sites present in the zeolite skeleton, Which causes the structure to collapse and excessively reduce the acidity.

또 다른 개질 방법으로 제올라이트에 사염화규소를 화학적 기상 증착 처리하여 제올라이트의 세공 및 표면의 산점을 조절하면 제올라이트의 형상 선택성을 이용하여 특정 생성물의 선택성을 높일 수 있다. 하지만 화학적 기상 증착법은 비용이 많이 든다는 단점이 있어 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근의 2세대 촉매의 연구는 기상의 증착이 아닌 액상에서의 반응으로 수행되고 있다.Another modification method is chemical vapor deposition of silicon tetrachloride on the zeolite to control the pore and surface acid sites of the zeolite, so that the selectivity of the specific product can be increased by using the shape selectivity of the zeolite. However, the chemical vapor deposition method has a disadvantage that it is expensive. To solve this problem, the research of the second generation catalyst is performed by the reaction in the liquid phase rather than the vapor deposition.

이 방법은 규소(Si)가 포함된 화합물인 TEOS(tetraethyl orthosilicate)나 암모늄 헥사플루오로실리케이트((NH4)2SiF6) 등을 이용하여 액상으로 제올라이트 촉매와 저온에서 반응시켜 외표면의 산점을 제거하는 방법이다. 실란 분자가 크면 제올라이트 세공에 들어갈 수 없으므로 제올라이트 외표면 수산화기와 선택적으로 반응하여 외표면의 산점이 차폐된다. 하지만 처리량에 따라 일부 외표면의 산점이 남아 있거나 과도한 처리 시 실란 분자가 외표면의 산점 뿐만 아니라 세공 입구를 좁히는 결과를 가져와 크래킹 반응의 활성과 선택성을 저하시킬 수 있는 단점이 있다.This method is a method of reacting a zeolite catalyst with a zeolite catalyst at a low temperature using TEOS (tetraethyl orthosilicate) or ammonium hexafluorosilicate ((NH 4 ) 2 SiF 6 ), which is a compound containing silicon (Si) It is a method to remove. If the silane molecule is large, it can not enter into the zeolite pores, so it selectively reacts with the hydroxyl groups on the outer surface of the zeolite to shield the acid sites on the outer surface. However, depending on the throughput, there is a disadvantage that the acid sites of some outer surfaces remain or the silane molecules in the excessive treatment result in narrowing the pore openings as well as the acid sites on the outer surface, thereby lowering the activity and selectivity of the cracking reaction.

한편 염산, 질산, 황산 등의 무기산 처리법 또한 제올라이트의 탈알루미늄화를 유도하는 통상의 기술에 속하나, 이러한 처리법들은 제올라이트 결정 표면에 대해 선택성을 나타내지 않는다. 하지만 옥살산을 이용하면 제올라이트의 결정 표면에서 알루미늄 옥살레이트 착화합물을 형성하여, 브뢴스테드 또는 루이스 산점을 형성하는 알루미늄 원자를 선택적으로 제거할 수 있다. 이러한 옥살산 처리법은 제올라이트 촉매의 결정 표면에서 일어나는 바람직하지 않은 부반응을 최소화시키기 때문에 탄화수소 분해반응의 선택성을 증가시키는 동시에 탄소 침적을 억제하여 촉매 수명을 연장시킬 수 있을 것이다. 그러나 이러한 방법으로 외표면의 산점 밀도를 조절한 촉매를 이용하여 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 유분 등 C4~C7 탄화수소 혼합물을 접촉분해하여 경질 올레핀을 제조한 사례는 보고되지 않고 있을 뿐더러, 이러한 C4~C7 탄화수소 혼합물을 접촉분해하여 경질 올레핀을 제조하는 공정에 실제 적용 시 수율 및 촉매 수명 측면에서 기술적으로 만족할 만한 수준에 이를 것으로 예측한 사례도 제시된 바 없다.On the other hand, inorganic acid treatment methods such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like are also included in a conventional technique for inducing dealumination of zeolite, but these treatments do not show selectivity to the zeolite crystal surface. However, when oxalic acid is used, an aluminum oxalate complex is formed on the crystal surface of the zeolite to selectively remove aluminum atoms forming Bronsted or Lewis acid sites. This oxalic acid treatment method will minimize the undesirable side reactions occurring at the crystal surface of the zeolite catalyst, thereby increasing the selectivity of the hydrocarbon decomposition reaction and at the same time inhibiting carbon deposition and prolonging the catalyst life. However, there have been no reports on the production of light olefins by catalytic cracking of a mixture of C4 to C7 hydrocarbons such as C5 oil produced after a naphtha cracking process using a catalyst having a controlled acid density on the outer surface in this manner, C7 hydrocarbons in the production of light olefins by catalytic cracking has not been predicted to be technically satisfactory in terms of yield and catalyst life.

한편, 원유 가격의 상승과 원유의 중질화로 인해 납사보다는 비교적 가격이 저렴한 천연가스로부터 에틸렌을 얻기 위한 천연가스 크래커가 증설되고 있으나, 이는 에틸렌만을 선택적으로 생산할 수 있기 때문에 프로필렌의 수급에 불균형을 초래하게 되며, 천연가스가 풍부한 구미 국가들의 경우와 달리, 우리나라와 같은 원유 수입국은 대부분 납사 열분해에 의존하고 있어, 온실가스 배출 저감 측면에서도 매우 불리한 입장에 있는 실정이다. 우리나라에서 납사 크래킹 공정으로부터 얻는 에틸렌 규모는 연간 500만톤에 이르며, 부산물로 배출되는 C5 유분이 70만톤에 이르고 있으나 이를 효율적으로 사용하지 못하고 있다. 이에, 에틸렌, 프로필렌 및 부텐의 수급 조절 기술의 개발 필요성이 높다고 할 수 있고, 이를 위해 경질 올레핀 재구조화 기술이 요구되며, 경질 올레핀 재구조화를 위한 원료로서 C5 유분의 활용 또한 중요하다 할 것이다.On the other hand, natural gas crackers for obtaining ethylene from natural gas, which is comparatively less expensive than naphtha due to rising oil prices and heavy crude oil, have been added. However, since ethylene can be selectively produced, it is unbalanced in the supply and demand of propylene Unlike in the case of natural gas-rich European countries, crude oil importing countries such as Korea depend on naphtha cracking, which is a disadvantage in terms of reducing greenhouse gas emissions. In Korea, the amount of ethylene obtained from the naphtha cracking process reaches 5 million tons per year, and the amount of C5 oil discharged as a by-product reaches 700 thousand tons, but it can not be used effectively. Therefore, there is a high need to develop a technology for controlling the supply and demand of ethylene, propylene and butene. For this purpose, a light olefin restructuring technology is required and utilization of C5 oil as a raw material for light olefin restructuring is also important.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 납사 크래킹 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위한 경질 올레핀 제조용 촉매에 있어, 결정 표면의 화학적 성질을 조절하여 탄소 침적에 의한 촉매 활성 저하를 억제함으로써 기존 촉매의 물리, 화학적 특성을 보유하면서 보다 우수한 촉매 수명 특성을 나타내어 장기적으로 촉매의 활성 저하 방지를 향상시킬 수 있는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a catalyst for the production of light olefins comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms, which is produced after naphtha cracking, The present invention relates to a catalyst for the production of light olefins which can improve the prevention of catalyst deactivation in the long term by exhibiting better catalyst lifetime characteristics while maintaining the physical and chemical properties of existing catalysts by controlling the chemical properties of the surface, ≪ / RTI >

또한 제올라이트의 외표면 산성도를 조절한 촉매에 인과 희토류 금속을 도입하여 촉매의 비활성화를 억제시킴과 동시에 경질 올레핀의 수율을 최대화할 수 있는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공하고자 한다.Also, it is intended to provide a catalyst for the production of light olefins which is capable of inhibiting deactivation of a catalyst and maximizing the yield of light olefins by introducing phosphorus and a rare earth metal into a catalyst whose acidity on the outer surface of the zeolite is controlled.

또한 이 촉매를 이용하여 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물로부터 경질 올레핀을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.And a method for producing light olefins from a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms using the catalyst.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 납사 크래킹 공정 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위해 사용되는 촉매에 있어서, 상기 촉매는 제올라이트 촉매가 유기산 용액으로 처리 및 소성되어 선택적 탈알루미늄화 반응을 통해 외표면 산점이 차폐된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a catalyst used for producing light olefins comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms produced after a naphtha cracking step, Wherein the catalyst is treated and baked with an organic acid solution, and the outer surface acid point is shielded through the selective dealumination reaction.

또한 상기 제올라이트 촉매는 골격 타입이 MFI, MOR, LTA, BEA, FAU 및 TON으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, Si/Al 원자비가 5~1000인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.Also, the zeolite catalyst has at least one skeletal type selected from the group consisting of MFI, MOR, LTA, BEA, FAU and TON, and the Si / Al atomic ratio is 5 to 1000.

또한 상기 유기산은 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 말레산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 푸마르산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.The organic acid may be at least one selected from the group consisting of oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, fumaric acid and tartaric acid. do.

또한 상기 유기산은 옥살산인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.And the organic acid is oxalic acid.

또한 상기 유기산 용액의 농도는 0.01~4M이고, 상기 유기산 용액 대 상기 촉매 용적비는 1:1~10:1인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.Wherein the concentration of the organic acid solution is 0.01 to 4M, and the organic acid solution to the catalyst volume ratio is 1: 1 to 10: 1.

또한 상기 촉매는 인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.The present invention also provides a catalyst for producing light olefins, wherein the catalyst further comprises phosphorus.

또한 상기 인은 인산(H3PO4), 인산암모늄((NH4)H2PO4), 인산이암모늄((NH4)2HPO4) 및 인산삼암모늄((NH4)3PO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 전구체로 처리되어 포함된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.In addition, the phosphorus is phosphoric acid (H 3 PO 4), ammonium phosphate ((NH 4) H 2 PO 4), phosphoric acid ammonium ((NH 4) 2 HPO 4 ) and tricalcium phosphate of ammonium ((NH 4) 3 PO 4 ) Wherein the catalyst comprises at least one phosphorus precursor selected from the group consisting of titanium and titanium.

또한 상기 인은 함침 또는 이온교환법으로 상기 촉매 100중량부에 대하여 0.01~10중량부 함량으로 도입된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.The phosphorus is introduced by impregnation or ion exchange in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst.

또한 상기 촉매는 희토류 금속을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.And the catalyst further comprises a rare earth metal.

또한 상기 희토류 금속은 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 토륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.The rare earth metal may be at least one selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Ne, Prommium, Sm, Eu, Gd, Wherein the catalyst is at least one selected from the group consisting of dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thorium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu).

또한 상기 희토류 금속 함량은 상기 인에 대한 원자비로 2 이하인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.And the rare earth metal content is 2 or less in terms of the atomic ratio to the phosphorus.

또한 상기 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물은 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 유분인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 제공한다.Also, the hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms is a C5 oil produced after the naphtha cracking process.

상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀 제조방법에 있어서, 상기 촉매 존재하에 300~700℃의 반응 온도에서 상기 탄화수소 혼합물을 중량공간속도(WHSV) 1~20h-1 조건으로 반응시키는 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a process for producing light olefins comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a mixture of hydrocarbons having 4 to 7 carbon atoms, wherein the hydrocarbons at a reaction temperature of 300 to 700 ° C Wherein the mixture is reacted at a weight hourly space velocity (WHSV) of 1 to 20 h < -1 >.

본 발명에 따르면, 납사 크래킹 공정 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위해 사용되는 제올라이트 촉매에 있어, 제올라이트 외표면을 옥살산 등 유기산 용액을 이용하여 선택적 탈알루미늄화 반응을 시켜 외표면의 산점만을 제거한 특성을 지니는 촉매를 이용함으로써, 외표면의 산점에서 빠르게 진행되는 탄소 침적이 억제되어 촉매 안정성이 향상되고 촉매의 수명을 증진시키는 데에도 효과적인 경질 올레핀 제조용 촉매 및 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, in a zeolite catalyst used for producing light olefins containing ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms produced after a naphtha cracking step, an outer surface of the zeolite is treated with an organic acid solution such as oxalic acid The use of a catalyst having the property of removing only the acid sites on the outer surface by performing the selective dealumination reaction suppresses the rapid carbon deposition on the outer surface at the acid sites to improve the catalyst stability and improve the lifetime of the catalyst Catalytic catalytic cracking of a catalyst for producing an effective light olefin and a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms to produce a light olefin comprising ethylene and propylene.

또한 옥살산 등 유기산으로 전처리한 제올라이트 촉매에 인과 희토류 금속을 도입할 경우 촉매의 산 및 염기 특성의 조절이 가능하며, 적절한 원자비를 갖는 촉매를 제조할 경우 4 내지 7의 탄화수소 혼합물로부터 경질 올레핀의 생성을 향상시킴과 동시에 장시간에 걸쳐 안정적이며 우수한 활성을 갖는 경질 올레핀 제조용 촉매 및 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, when the phosphorus and rare earth metals are introduced into a zeolite catalyst pretreated with an organic acid such as oxalic acid, the acid and base properties of the catalyst can be controlled. When a catalyst having an appropriate atomic ratio is prepared, the production of light olefins And a method for producing light olefins containing ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a catalyst for the production of light olefins having a stable and excellent activity over a long period of time and a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms.

도 1은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 ZSM-5 촉매를 이용하여 제조 반응례에 따른 경질 올레핀 수율을 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 2는 실시예 1 및 2, 비교예 1에 따라 제조된 ZSM-5 촉매를 이용하여 제조 반응례에 따른 경질 올레핀 수율 및 비활성화 정도를 측정한 결과를 나타낸 그래프.
FIG. 1 is a graph showing the results of measurement of yields of light olefins according to production examples using a ZSM-5 catalyst prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3,
FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of the yield and inactivation degree of light olefins according to the production examples using the ZSM-5 catalyst prepared according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It is to be understood that various equivalents and modifications may be substituted for those at the time of the present application.

본 발명은 납사 크래킹 공정 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위해 사용되는 촉매에 있어서, 상기 촉매는 제올라이트 촉매가 유기산 용액으로 처리 및 소성되어 선택적 탈알루미늄화 반응을 통해 외표면 산점이 차폐된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매를 개시한다.The present invention relates to a catalyst for use in the production of light olefins comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a mixture of hydrocarbons having 4 to 7 carbon atoms produced after a naphtha cracking process, And the outer surface acid point is shielded through selective de-aluminumation reaction.

상기 본 발명에 따라 제조되는 경질 올레핀 제조용 촉매는 특히 납사 크래킹 공정 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위한 것으로 사용되며, 바람직하게는 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 유분을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위한 것으로 사용될 수 있다.The catalyst for the production of light olefins according to the present invention is used for preparing light olefins containing ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms produced after a naphtha cracking step, Can be used for producing light olefins containing ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of C5 oil produced after the naphtha cracking process.

본 발명에서 상기 촉매는 골격 타입이 MFI, MOR, LTA, BEA, FAU 또는 TON일 수 있고, Si/Al 원자비가 5~1000인 것이 선택될 수 있다. 이때 상기 Si/Al 원자비는 5~500인 것을 선택하는 것이 더욱 바람직하고, 10~300인 것을 선택하는 것이 더욱 더 바람직하고, 20~200인 것을 선택하는 것이 가장 바람직하다. 상기 Si/Al 원자비가 5 미만일 경우는 촉매 활성 변화에 크게 영향은 없으나, 촉매의 산량이 증가하면서 코킹(coking) 등에 의한 비활성화의 염려가 있을 수 있고, 1000을 초과할 경우는 촉매의 산 특성이 만족스럽지 않아 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해 반응의 전환율이 낮아질 수 있다.In the present invention, the skeleton type of the catalyst may be MFI, MOR, LTA, BEA, FAU or TON, and the Si / Al atomic ratio of 5 to 1000 may be selected. In this case, it is more preferable to select Si / Al atomic ratio of 5 to 500, more preferably 10 to 300, and most preferably 20 to 200. When the Si / Al atomic ratio is less than 5, there is no significant influence on the change of the catalyst activity. However, there may be a risk of inactivation due to coking or the like while the amount of the catalyst is increased. The conversion rate of the catalytic catalytic cracking reaction of the hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms may not be satisfactory.

또한 상기 제올라이트 촉매는 외표면 산점을 차폐시키기 위해 외표면이 유기산 용액으로 처리 및 소성됨으로써 선택적 탈알루미늄화 반응을 통해 외표면의 산점에서 탄소 침적이 억제되어 촉매 안정성이 향상되고 촉매의 수명이 증진된다. 외표면을 선택적으로 탈알루미늄화 반응을 시키기 위해 사용하기 적합한 유기산으로는 옥살산이 가장 바람직하나, 이 외에 선택적 탈알루미늄 반응을 위해 분자 크기가 커서 제올라이트 기공 내에 침투할 수 없는 유기산으로서 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 말레산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 푸마르산, 타르타르산 등이 사용될 수도 있다.Further, the outer surface of the zeolite catalyst is treated and baked with an organic acid solution so as to shield the outer surface acid sites, whereby the carbon deposition is inhibited at the acid sites on the outer surface through the selective dealumination reaction, thereby improving the catalyst stability and lifetime of the catalyst . Oxalic acid is the most suitable organic acid to be used for selective dealumination of the outer surface. In addition, malonic acid, succinic acid, and succinic acid, which can not penetrate into zeolite pores due to their large molecular size for selective dealumination, Glutaric acid, adipic acid, maleic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, fumaric acid, and tartaric acid.

이러한 유기산 용액으로 처리된 제올라이트 촉매의 제조는 예컨대, (a) 유기산 용액을 물에 수화시키는 단계; (b) 수화된 용액에 제올라이트 촉매를 첨가하여 탈알루미늄화 반응을 통해 외표면의 산점을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 고체 생성물을 세척, 건조 및 열처리하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.The preparation of a zeolite catalyst treated with such an organic acid solution can be carried out, for example, by: (a) hydrating an organic acid solution into water; (b) adding a zeolite catalyst to the hydrated solution to remove the acid sites on the outer surface through the dealumination reaction; And (c) washing, drying and heat-treating the solid product obtained in the step (b).

상기 유기산 용액 처리 시 사용되는 유기산 용액은 0.01~4M 농도로, 처리되는 촉매에 대하여 1:1~10:1의 용적비로 사용될 수 있고, 바람직하게는 0.1~2M 농도로, 처리되는 촉매에 대하여 1:1~5:1의 용적비로 사용될 수 있다. 또한 상기 열처리는 500~750℃에서 1~10시간 수행될 수 있다.The organic acid solution used in the treatment of the organic acid solution may be used at a concentration of 0.01 to 4M at a volume ratio of 1: 1 to 10: 1 with respect to the catalyst to be treated, preferably at a concentration of 0.1 to 2M, : 1 to 5: 1. The heat treatment may be performed at 500 to 750 ° C for 1 to 10 hours.

한편 본 발명에서 유기산 용액 처리 전 제올라이트 촉매는 양이온 치환된 것일 수 있다. 상기 양이온 치환은 일반적으로 나트륨 이온(Na+)으로 치환된 제올라이트를 양성자(H+)로 교환시키기 위한 것으로, 양성자로 치환된 제올라이트 촉매는 다른 양이온에 비해 산 세기가 증가되어 크래킹 반응에 효과적이다. 상기 양이온 치환은 구체적으로 70~90℃의 양이온 치환용 용액에 상기 제올라이트 촉매를 투입하고 동일 온도 조건에서 2~4시간 교반하여 수행될 수 있으며, 양이온 치환된 수용액을 여과 및 세척 과정을 거친 후 추가적으로 1~3회 정도 양이온 치환 과정을 반복할 수도 있다. 이러한 양이온 치환에 사용되는 용액으로는, 질산암모늄(NH4NO3), 염화암모늄(NH4Cl), 탄산암모늄((NH4)2CO3) 및 플루오르화암모늄(NH4F)으로 이루어진 군에서 1 이상이 선택될 수 있다.In the present invention, the zeolite catalyst before the treatment with the organic acid solution may be cation-substituted. The cation substitution is for exchanging zeolite generally substituted with sodium ion (Na + ) with a proton (H + ), and the zeolite catalyst substituted with a proton is more effective in cracking reaction because acid strength is increased compared to other cations. The cation exchange may be carried out by adding the zeolite catalyst to a solution for substituting cation at 70 to 90 ° C and stirring the mixture at the same temperature for 2 to 4 hours. After the cation-substituted aqueous solution is filtered and washed, The cation exchange process may be repeated one to three times. The solution used in such cation exchange, the ammonium nitrate (NH 4 NO 3), ammonium chloride (NH 4 Cl), the group consisting of ammonium carbonate ((NH 4) 2 CO 3 ) and ammonium fluoride (NH 4 F) 1 < / RTI >

또한 상기 양이온 치환된 제올라이트 촉매는 열처리된 것이 바람직하다. 상기 열처리는 400~700℃에서 3~10시간 소성하여 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 400℃ 미만일 경우는 촉매에 1차적으로 치환된 암모늄 염이 충분히 제거되지 않아 제올라이트의 산 세기가 감소할 수 있고, 700℃를 초과할 경우는 촉매 붕괴 및 브뢴스테드 산점이 소멸될 수 있다. 또한 상기 열처리 온도가 3시간 미만일 경우는 충분한 암모늄 염의 제거가 어려울 수 있고, 10시간을 초과할 경우는 전력 손실의 염려가 있다. 여기서, 상기 열처리 이전에 상기 양이온 치환된 촉매를 100~120℃에서 5~15시간 건조한 후 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.The cation-exchanged zeolite catalyst is preferably heat-treated. The heat treatment may be performed by firing at 400 to 700 ° C for 3 to 10 hours. If the temperature of the heat treatment is less than 400 ° C, the ammonium salt primarily substituted with the catalyst may not be sufficiently removed, so that the acid strength of the zeolite may be decreased. If the temperature exceeds 700 ° C, the catalyst collapse and the Bronsted acid point may disappear . If the heat treatment temperature is less than 3 hours, it may be difficult to remove sufficient ammonium salt, and if it exceeds 10 hours, power loss may occur. Here, it is preferable that the cation-substituted catalyst is dried at 100 to 120 ° C for 5 to 15 hours before the heat treatment, and then the heat treatment is performed.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 유기산으로 처리된 제올라이트 촉매에 인을 더 포함할 수 있다. 상기 인을 포함하는 촉매는 유기산으로 처리된 제올라이트 촉매(양이온 치환된 촉매일 수도 있다.)에 인 전구체를 함침 또는 이온교환 방법으로 형성시킬 수 있으나, 본 발명에서는 산점, 특히 강산점 조절에 용이한 함침 방법을 사용하는 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, a phosphor may be further included in the zeolite catalyst treated with an organic acid. The phosphorus-containing catalyst may be impregnated with a phosphorus precursor or formed by an ion exchange method in a zeolite catalyst (which may be a cation-substituted catalyst) treated with an organic acid. In the present invention, however, It is preferable to use an impregnation method.

상기 인 전구체를 유기산으로 처리된 제올라이트 촉매에 함침하는 방법은 예컨대, 상기 인 전구체를 물에 수화시키고, 수화된 용액에 유기산으로 처리된 제올라이트 촉매를 첨가하여 함침시킨 후 이를 건조 및 열처리하는 방법이 사용될 수 있다. 구체적으로, 제올라이트 세공 부피를 완전 포화시킬 수 있는 양의 물(증류수)에 인 전구체를 용해시킨 후 상온에서 1~2시간 교반시키고, 상기 유기산으로 처리된 제올라이트 촉매에 투입하여 세공 내에 선택적으로 충분히 함침되도록 담지시킨 후 90~110℃의 오븐에서 10~15시간 건조 후 500~750℃에서 1~10시간 소성하여 제조할 수 있다. 여기서, 소성 온도가 500℃ 미만일 경우에는 상기 인 전구체에 포함된 유기물 및 무기물 제거가 완전하지 않을 수 있으며, 750℃를 초과할 경우에는 투입 에너지 효율 면에서 바람직하지 않고 열화되어 오히려 인 전구체에 포함된 유기물 및 무기물 제거 성능이 저하될 수 있다.The impregnation of the phosphorus precursor with a zeolite catalyst treated with an organic acid can be carried out, for example, by a method in which the phosphorus precursor is hydrated in water, a zeolite catalyst treated with an organic acid is added to the hydrated solution, followed by drying and heat treatment . Specifically, the phosphorus precursor is dissolved in an amount of water (distilled water) capable of completely saturating the pore volume of the zeolite, stirred at room temperature for 1 to 2 hours, introduced into the zeolite catalyst treated with the organic acid, Followed by drying in an oven at 90 to 110 ° C. for 10 to 15 hours and then calcining at 500 to 750 ° C. for 1 to 10 hours. If the calcination temperature is less than 500 ° C., the organic and inorganic materials contained in the phosphorus precursor may not be completely removed. If the calcination temperature is more than 750 ° C., the phosphorus is not preferable from the viewpoint of energy efficiency, The organic and inorganic removal performance may be deteriorated.

이때, 상기 인 전구체 도입 함량은 최종 제조되는 촉매의 산량 및 촉매 반응에 따른 탄소 침적량과 관련하여 최적 범위로 설정되는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 인 전구체 도입 함량은 제올라이트 촉매 100중량부에 대하여 0.01~10중량부 함량으로 도입되는 것이 바람직하고, 0.05~3중량부로 도입되는 것이 더욱 바람직하며, 0.1~1.5중량부로 도입되는 것이 더욱 더 바람직하고, 0.1~1중량부로 도입되는 것이 가장 바람직하다.At this time, it is important that the phosphorus precursor introduction amount is set to an optimal range with respect to the amount of the catalyst to be finally produced and the carbon deposition amount according to the catalytic reaction. Therefore, in the present invention, the phosphorus precursor introduction amount is preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.05 to 3 parts by weight, and most preferably 0.1 to 1.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the zeolite catalyst , And most preferably 0.1 to 1 part by weight.

상기 인 전구체로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 인산(H3PO4), 인산암모늄((NH4)H2PO4), 인산이암모늄((NH4)2HPO4), 인산삼암모늄((NH4)3PO4) 등이 사용될 수 있다.The phosphorus precursor is not particularly limited, but preferably phosphoric acid (H 3 PO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) H 2 PO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) ammonium ((NH 4) 3 PO 4 ) or the like can be used.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 인이 도입된 제올라이트 촉매에 희토류 금속을 더 포함하여, 촉매의 산 및 염기 특성의 조절이 가능한 촉매를 구현할 수 있다. 이때, 상기 희토류 금속은 희토류 금속 전구체로 처리하여 도입될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a catalyst capable of controlling acid and base characteristics of the catalyst can be realized by further including a rare earth metal in the zeolite catalyst into which the phosphorus is introduced. At this time, the rare earth metal may be introduced by treatment with a rare earth metal precursor.

상기 희토류 금속 전구체 도입 방법으로 함침 또는 이온교환 방법이 사용되나, 본 발명에서는 산 및 염기 특성 조절에 용이한 함침 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 희토류 금속 전구체를 상기 인이 도입된 제올라이트 촉매에 함침하는 방법은 상기 인 전구체 도입과 유사한 방식으로, 즉, 상기 희토류 금속 전구체를 물에 수화시키고, 수화된 용액에 상기 인이 도입된 제올라이트 촉매를 첨가하여 함침시킨 후 이를 건조 및 열처리하는 방법이 사용될 수 있다. 구체적으로, 제올라이트 세공 부피를 완전 포화시킬 수 있는 양의 물(증류수)에 희토류 금속 전구체를 용해시킨 후 상온에서 1~2시간 교반시키고, 상기 인이 도입된 제올라이트 촉매에 투입하여 세공 내에 선택적으로 충분히 함침되도록 담지시킨 후 90~110℃의 오븐에서 10~15시간 건조 후 500~750℃에서 1~10시간 소성하여 제조될 수 있다.The impregnation or ion exchange method is used as the rare earth metal precursor introduction method, but in the present invention, it is preferable to use an impregnation method which is easy to control acid and base properties. The method of impregnating the rare earth metal precursor with the phosphorus-introduced zeolite catalyst can be carried out in a similar manner to the phosphorus precursor introduction, that is, the rare earth metal precursor is hydrated in water and the zeolite catalyst into which the phosphorus is introduced into the hydrated solution Impregnation, drying and heat treatment may be used. Specifically, the rare earth metal precursor is dissolved in an amount of water (distilled water) capable of completely saturating the pore volume of the zeolite, stirred at room temperature for 1 to 2 hours, introduced into the zeolite catalyst into which the phosphorus is introduced, Followed by drying in an oven at 90 to 110 ° C. for 10 to 15 hours, followed by baking at 500 to 750 ° C. for 1 to 10 hours.

이때, 상기 희토류 금속 전구체 도입 함량은 최종 제조되는 촉매의 산량, 염기량 및 촉매 반응에 따른 탄소 침적량과 관련하여 최적 범위로 설정되는 것이 중요하다. 따라서 본 발명에서는 상기 희토류 금속 전구체 도입 함량은 상기 인에 대한 원자비로 2 이하 도입되는 것이 바람직하고, 0.1~1.5의 원자비로 도입되는 것이 더욱 바람직하고, 0.2~0.5의 원자비로 도입되는 것이 가장 바람직하다.At this time, it is important that the rare earth metal precursor introduction amount is set to an optimal range in relation to the amount of acid, the amount of the base and the amount of carbon deposition according to the catalytic reaction in the final catalyst. Therefore, in the present invention, the content of the rare earth metal precursor introduced is preferably 2 or less in terms of atomic ratio to phosphorus, more preferably 0.1 to 1.5 in atomic ratio, and 0.2 to 0.5 in atomic ratio Most preferred.

상기 희토류 금속 전구체에 함유되는 희토류 금속으로는 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 토륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있고, 바람직하게는 란타늄이 선택될 수 있다. 예컨대, 상기 희토류 금속으로 란타늄을 선택할 경우 란타늄나이트레이트(La(NO3)3·6H2O) 전구체 형태로 도입시킬 수 있다.As the rare earth metal contained in the rare earth metal precursor, lanthanum (La), Ce, Pr, Ne, Prommium, Sm, At least one member selected from the group consisting of terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thorium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu) Lanthanum may be selected. For example, when lanthanum is selected as the rare earth metal, lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 .6H 2 O) may be introduced in the form of a precursor.

본 발명에 따른 경질 올레핀 제조용 촉매는 납사 크래킹 공정 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀 제조에 사용될 수 있다. 이때, 상기 혼합 촉매 존재하에 300~700℃의 반응 온도에서 상기 탄화수소 혼합물을 중량공간속도(WHSV) 1~20h-1 조건으로 반응시켜 경질 올레핀을 제조한다. 상기 중량공간속도가 1h-1 미만일 경우는 전환율을 증가할 수 있으나 부반응으로 인해 선택도가 감소할 수 있고, 20h- 1를 초과할 경우는 전환율이 감소하고 촉매 수명 저하를 유발할 수 있다.
The catalyst for producing light olefins according to the present invention can be used in the production of light olefins containing ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms produced after the naphtha cracking process. At this time, the hydrocarbon mixture is reacted at a reaction temperature of 300 to 700 ° C. in the presence of the mixed catalyst at a weight hourly space velocity (WHSV) of 1 to 20 h -1 to prepare a light olefin. If the weight-space velocity is less than 1h -1 is possible to increase the conversion rate, but may reduce the selectivity due to side reaction, 20h - if more than 1 may reduce the conversion rate and lead to decreased catalyst life.

실시예Example 1 One

ZSM-5 촉매에 대한 양이온 치환을 위해 1몰농도의 질산암모늄(NH4NO3, Junsei사) 100㎖를 준비하여 80℃로 유지한 후 ZSM-5 촉매(Si/Al 원자비 140, Zeolyst사) 4g을 투입하고 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 양이온 치환된 수용액을 여과 및 세척 과정을 거쳐 추가적으로 2회 더 양이온 치환 과정을 수행하였다. 양이온 치환이 완료된 고체 생성물을 110℃에서 10시간 동안 건조한 후 550℃에서 4시간 동안 소성하여 양이온 치환된 ZSM-5 촉매를 제조하였다. 이후, 양이온 치환된 ZSM-5 촉매에 대하여 촉매 1g당 0.1몰농도의 옥살산 용액 25㎖를 준비하여 80℃에서 6시간 동안 환류시키면서 교반하였다. 이후, 뜨거운 증류수로 여과시켜 알루미늄 옥살레이트 착화합물을 제거한 뒤, 실온에서 24시간, 110℃에서 2시간 건조한 후 550℃에서 4시간 소성하여 외표면에 산점이 선택적으로 제거된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
100 ml of 1 molar ammonium nitrate (NH 4 NO 3 , manufactured by Junsei) was prepared at 80 ° C. for cation exchange with the ZSM-5 catalyst. Then, a ZSM-5 catalyst (Si / Al atomic ratio: 140, ), And the mixture was stirred at 80 占 폚 for 3 hours. The cation-substituted aqueous solution was subjected to a further two-step cation exchange process through filtration and washing. The cation-substituted solid product was dried at 110 ° C for 10 hours and then calcined at 550 ° C for 4 hours to prepare a cation-substituted ZSM-5 catalyst. Then, 25 ml of oxalic acid solution having a concentration of 0.1 mole per 1 g of the catalyst was prepared with respect to the cation-substituted ZSM-5 catalyst, and the mixture was stirred under refluxing at 80 ° C for 6 hours. Thereafter, the catalyst was filtered with hot distilled water to remove the aluminum oxalate complex, dried at room temperature for 24 hours, at 110 ° C for 2 hours, and then calcined at 550 ° C for 4 hours to prepare a ZSM-5 catalyst having acid sites selectively removed on its outer surface .

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1에서 옥살산 용액으로 처리하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 순수 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
A pure ZSM-5 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the solution was not treated with the oxalic acid solution in Example 1.

비교예Comparative Example 2 2

선택적으로 촉매 외표면의 산점을 제거하기 위해 실리카 전구체를 이용하는 방법이 고려될 수 있으며, 본 발명에 따른 유기산으로 처리된 촉매와의 비교를 위해 실리카 전구체를 이용하여 외표면의 산점을 제거한 ZSM-5 촉매를 제조하였다. 이를 위해 비교예 1에서 제조된 양이온 치환된 ZSM-5 촉매에 대하여 액상에서 실리카 전구체(테트라에틸오르소실리케이트)로 처리하여 외표면에 실리카를 담지시켰다. 수분 제거를 위해 ZSM-5 촉매를 헥산으로 3회 세척하였고, 실리카 담지량이 ZSM-5 촉매 100중량부에 대하여 1.5중량부가 되도록 헥산에 녹인 테트라에틸오르소실리케이트를 희석하여 40℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응하지 않은 실리카 전구체를 헥산으로 3회 이상 세척하여 제거하고, 110℃에서 건조한 후 550℃에서 4시간 소성하여 외표면에 실리카가 담지된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
A method using a silica precursor to selectively remove the acid sites on the outer surface of the catalyst may be considered. For comparison with the catalyst treated with an organic acid according to the present invention, a silica precursor is used to remove ZSM-5 Catalyst. To this end, the cation-substituted ZSM-5 catalyst prepared in Comparative Example 1 was treated with a silica precursor (tetraethyl orthosilicate) in a liquid phase to support silica on the outer surface. The ZSM-5 catalyst was washed three times with hexane to remove moisture, and tetraethylorthosilicate dissolved in hexane was diluted so that the amount of silica supported was 1.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ZSM-5 catalyst. . The unreacted silica precursor was washed with hexane more than three times to remove it, dried at 110 ° C and then calcined at 550 ° C for 4 hours to prepare a silica-supported ZSM-5 catalyst on the outer surface.

비교예Comparative Example 3 3

비교예 2에서 제조한 촉매에 대하여 촉매 1g당 0.1몰농도의 옥살산 용액 25㎖를 준비하여 80℃에서 6시간 동안 환류시키면서 교반하였다. 이후, 뜨거운 증류수로 여과시켜 알루미늄 옥살레이트 착화합물을 제거한 뒤, 실온에서 24시간, 110℃에서 2시간 건조한 후 550℃에서 4시간 소성하여 외표면의 산점이 선택적으로 제거된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
To the catalyst prepared in Comparative Example 2, 25 ml of a 0.1 molar oxalic acid solution per 1 g of the catalyst was prepared and stirred while refluxing at 80 캜 for 6 hours. Thereafter, the catalyst was filtered with hot distilled water to remove the aluminum oxalate complex, dried at room temperature for 24 hours, at 110 ° C for 2 hours, and then calcined at 550 ° C for 4 hours to prepare a ZSM-5 catalyst in which acid sites on the outer surface were selectively removed .

실시예Example 2 2

실시예 1에서 제조된 ZSM-5 촉매 100중량부 기준으로 인이 0.3중량부 포함되도록 정량된 인 전구체를 함침법에 의해 담지하였다. 이를 위해 촉매 중량에 대하여 세공에 포화될 만큼의 증류수에 해당하는 정량의 인산(85%, H3PO4, Sigma-Aldrich사)을 녹인 후 실시예 1에서 제조된 ZSM-5 촉매에 넣어서 세공 내에 선택적으로 충분한 함침이 일어나도록 담지하였다. 정량의 인산이 모두 함침되면 100℃의 오븐에서 12시간 동안 건조한 후 최종적으로 550℃에서 4시간 동안 소성하여 인이 도입된 ZSM-5 촉매를 제조하였다. 이후, 제조된 인이 도입된 ZSM-5 촉매에 희토류 금속 중 란타늄(La)을 선택하여 란타늄/인 원자비가 0.3이 되도록 정량된 촉매를 제조하였다. 란타늄의 도입은 함침법을 이용하여 제조하였으며, 촉매 중량에 대하여 세공에 포화될 만큼의 증류수에 정량의 란타늄나이트레이트(La(NO3)3·6H2O, Sigma-Aldrich 제품)를 녹인 후 상기 제조된 인이 도입된 ZSM-5 촉매에 넣어서 세공 내에 선택적으로 충분히 함침이 일어나도록 담지하였다. 정량의 란탄이 모두 함침되면 100℃ 오븐에서 12시간 동안 건조한 후, 최종적으로 550℃에서 4시간 동안 소성하여 인 및 란탄이 도입된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.
A phosphorus precursor quantitated to contain 0.3 parts by weight of phosphorus based on 100 parts by weight of the ZSM-5 catalyst prepared in Example 1 was supported by impregnation. To this end, a predetermined amount of phosphoric acid (85%, H 3 PO 4 , manufactured by Sigma-Aldrich) corresponding to distilled water sufficient to saturate the pores with respect to the weight of the catalyst was dissolved in the ZSM-5 catalyst prepared in Example 1, Optionally impregnated with sufficient impregnation. When all the phosphoric acid was impregnated, the catalyst was dried in an oven at 100 ° C. for 12 hours and finally calcined at 550 ° C. for 4 hours to prepare phosphorus-introduced ZSM-5 catalyst. Then, lanthanum (La) among the rare earth metals was selected as a ZSM-5 catalyst into which phosphorus was introduced, and a catalyst quantitatively determined to have a lanthanum / phosphorus atom ratio of 0.3 was prepared. The introduction of lanthanum was prepared by impregnation, and a predetermined amount of lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 .6H 2 O, manufactured by Sigma-Aldrich) was dissolved in distilled water sufficient to saturate pores with respect to the weight of the catalyst, The prepared phosphor was loaded into the introduced ZSM-5 catalyst so that the impregnation was selectively and sufficiently carried in the pores. When all the quantities of lanthanum were impregnated, the catalyst was dried in an oven at 100 ° C. for 12 hours and finally calcined at 550 ° C. for 4 hours to prepare phosphorus and lanthanum-introduced ZSM-5 catalysts.

실험예Experimental Example 1: 옥살산이 처리된  1: Oxalic acid treated ZSMZSM -5 촉매를 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해에 의한 경질 올레핀 제조 수율 및 촉매 활성에 미치는 영향-5 production of light olefins by catalytic catalytic cracking of hydrocarbon mixtures using catalysts

본 발명에 따른 촉매를 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해에 의한 경질 올레핀, 특히 에틸렌 및 프로필렌의 제조 수율 분석을 위해 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매를 이용하여 하기와 같은 제조 반응을 수행하였다. 반응물로 사용되는 탄화수소 혼합물은 실제 공장에서 사용되고 있는 1차 수첨된 C5 유분을 사용하였으며, 코크 유발 물질인 사이클로펜텐(cyclopentene)을 다량 함유하고 있어 보다 빠른 비활성화 거동을 측정하기 용이하다. 유분의 조성은 하기 표 1에 나타내었다.In order to analyze the production yields of light olefins, particularly ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture using the catalyst according to the present invention, the following production reaction was carried out using the catalyst prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 Respectively. The hydrocarbon mixture used as the reactant is a primary hydrogenated C5 oil used in the actual factory, and contains a large amount of cyclopentene, which is a coke inducing substance, so that it is easy to measure the quick deactivation behavior. The composition of the oil is shown in Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

[제조 반응례][Manufacturing reaction example]

상기 C5 유분의 촉매 접촉분해 반응을 위해 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 촉매를 각각 quartz 반응기에 15~30㎎ 정도의 양으로 충진시키고, 반응 전 질소 가스(40㎖)로 600℃에서 1시간 동안 촉매를 활성화시켰다. 촉매 활성화 이후 반응물이 반응기 내의 촉매층을 연속적으로 통과하면서 반응이 진행되도록 하였다. 반응물의 중량공간속도(WHSV)는 8h-1로 유지하였으며, C5 유분의 촉매 접촉분해 반응온도는 600℃로 하였다. 반응 후 생성되는 생성물에 대해 가스크로마토그래피를 통해 분석하였으며, 각 촉매의 반응 시간에 따른 C5 유분의 전환율, 경질 올레핀(에틸렌 및 프로필렌)의 선택도 및 수율을 계산하고, 경질 올레핀 수율 측정 결과를 도 1에 나타내었다. 여기서, C5 유분의 전환율, 경질 올레핀(에틸렌 예시) 선택도 및 경질 올레핀(에틸렌 예시)의 수율은 하기 수학식 1 내지 3에 따라 계산하였다.The catalysts prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were filled in a quartz reactor in an amount of about 15 to 30 mg for the catalytic catalytic cracking reaction of the C5 oil, Lt; 0 > C for 1 hour. After the catalytic activation, the reaction proceeded as the reactants passed through the catalyst bed in the reactor continuously. The weight hourly space velocity (WHSV) of the reactants was maintained at 8 h -1 and the catalytic catalytic cracking reaction temperature of the C5 oil was 600 ° C. The products produced after the reaction were analyzed by gas chromatography. The conversion of C5 fraction and the selectivity and yield of light olefins (ethylene and propylene) were calculated according to the reaction time of each catalyst, Respectively. Here, the conversion of C5 fraction, the selectivity of light olefins (ethylene), and the yield of light olefins (ethylene) are calculated according to the following equations (1) to (3).

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

도 1을 참조하면, 순수 ZSM-5 촉매(비교예 1)를 사용한 경우 초기 활성은 높지만 시간에 따른 촉매 비활성화(수율 감소 속도) 정도가 외표면의 산점을 제거한 ZSM-5 촉매(실시예 1, 비교예 2 내지 3)로 수행한 반응에 비해 심한 것으로 나타났으며, 옥살산으로 처리한 ZSM-5 촉매에서 촉매 비활성화 정도가 가장 느린 것을 알 수 있다. 실리카로 처리한 ZSM-5 촉매(비교예 2)도 순수 ZSM-5 촉매(비교예 1)에 비해 비활성화 정도가 일부 개선되었으나, 외표면의 산점이 일부 남아 있어 옥살산으로 처리한 ZSM-5 촉매(실시예 1)에 비해 초기 수율이 약간 높은 반면 수율 감소 속도는 더 빠른 것을 알 수 있다. 또한 실리카와 옥살산 용액을 혼합 처리하여 외표면의 산점을 제거한 ZSM-5 촉매(비교예 3)의 경우 실리카로 처리한 ZSM-5 촉매(비교예 2)에 비해 수율 감소 속도는 일부 개선되나 옥살산으로 처리한 ZSM-5 촉매(실시예 1)에 미치지 못하는 한편, 저조한 수율을 나타낸 것을 알 수 있다. 이러한 촉매 비활성화 차이는 본 발명에 따라 제조된 옥살산 용액을 이용하여 처리한 촉매가 순수 ZSM-5 촉매나 실리카 처리한 촉매에 비해 외부 표면 산점이 완벽하게 제거되어 탄소 침적에 저항성을 갖기 때문이다. 이와 같이 향상된 탄소 침적에 대한 저항성은 반응물로 사용되는 C5 유분과 반응 과정 중 생성되는 C5 유분들의 이성질체 및 카보늄 이온의 고분자화에 의해 생성되는 C5 이상의 생성물들이 보다 덜 생성되게 하며, 이로 인해 C5 유분 크래킹 반응의 장기 활성을 향상시키게 된 것이다.
1, when ZSM-5 catalyst (Comparative Example 1) was used, ZSM-5 catalyst having high initial activity but having a catalyst deactivation (yield reduction rate) Comparative Examples 2 to 3), and the catalyst deactivation degree was the slowest in the ZSM-5 catalyst treated with oxalic acid. The ZSM-5 catalyst treated with silica (Comparative Example 2) was partially inactivated compared to the pure ZSM-5 catalyst (Comparative Example 1), but the ZSM-5 catalyst treated with oxalic acid It can be seen that the initial yield is slightly higher than that of Example 1), while the yield reduction rate is faster. In addition, the ZSM-5 catalyst (Comparative Example 3) in which the silica and oxalic acid solution were mixed to remove the acid sites on the outer surface had a somewhat improved yield reduction rate compared to the ZSM-5 catalyst treated with silica (Comparative Example 2) It was found that the yield did not reach the ZSM-5 catalyst (Example 1) treated, while the yield was low. This difference in catalyst deactivation is due to the fact that the catalyst treated with the oxalic acid solution prepared according to the present invention is more resistant to carbon deposition than the pure ZSM-5 catalyst or the silica-treated catalyst because the external surface acid point is completely removed. This improved resistance to carbon deposition leads to less production of C5 olefins used as reactants and C5 or higher products produced by polymerisation of isomers and carbonium ions of C5 olefins produced during the course of the reaction, Thereby improving the long-term activity of the cracking reaction.

실험예Experimental Example 2: 인 및 희토류 금속이 도입된 옥살산 처리  2: Oxalic acid treatment with phosphorus and rare earth metals ZSMZSM -- 5촉매를5 catalyst 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해에 의한 경질 올레핀 제조 수율 및 촉매 활성에 미치는 영향 Production yield of light olefins by catalytic catalytic cracking of hydrocarbons mixture and its effect on catalytic activity

본 발명에 따른 인 및 희토류 금속이 도입된 옥살산 처리 ZSM-5 촉매를 이용한 탄화수소 혼합물의 촉매 접촉분해에 의한 경질 올레핀, 특히 에틸렌 및 프로필렌의 제조 수율 분석을 위해 실시예 2에 따라 제조된 ZSM-5 촉매를 이용하여 상기 제조 반응례에 따라 제조 반응을 수행하고 그 결과를 도 2에 나타내었다. 비교를 위해 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 촉매에 대한 결과를 함께 나타냈으며, 반응물로 사용되는 탄화수소 혼합물은 상기 표 1 조성의 C5 유분이 사용되었다.ZSM-5 prepared according to Example 2 for the production yield analysis of light olefins, in particular ethylene and propylene, by catalytic catalytic cracking of hydrocarbon mixtures using oxalic acid-treated ZSM-5 catalyst with phosphorus and rare earth metals incorporated according to the present invention The production reaction was carried out using the catalyst according to the preparation reaction, and the results are shown in FIG. The results for the catalyst prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown for comparison and the hydrocarbon mixture used as the reactant is C5 oil of the composition of Table 1 above.

도 2를 참조하면, 경질 올레핀 수율 및 장기 활성은 순수한 ZSM-5 촉매(비교예 1)나 옥살산 용액으로 외표면의 산점을 제거한 ZSM-5 촉매(실시예 1)보다 옥살산으로 처리한 후 인 및 희토류 금속이 도입된 ZSM-5 촉매(실시예 2)에서 가장 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 도입한 인 성분은 골격 내의 탈알루미늄을 방지함으로써 옥살산으로 처리한 ZSM-5 촉매의 비활성화를 더 억제하는 역할을 적절하게 수행하는 동시에, 란타늄 성분은 촉매의 염기성을 향상시켜 수소전달 활성도를 약화시킴으로써 경질 올레핀의 선택도를 증가시키는 장점으로 작용하여, 실시예 2와 같이 촉매의 산 및 염기 특성을 최적 상태로 조절할 수 있도록 촉매를 제조하여, 촉매의 비활성화를 억제시킴과 동시에 경질 올레핀의 수율을 최대화할 수 있음을 확인할 수 있다.
2, the light olefin yield and long-term activity can be measured by treating the catalyst with oxalic acid after treatment with a pure ZSM-5 catalyst (Comparative Example 1) or with a oxalic acid solution rather than a ZSM-5 catalyst (Example 1) It can be seen that it is the most excellent in the ZSM-5 catalyst (Example 2) in which the rare earth metal is introduced. That is, the introduced phosphorus component appropriately performs a role of further inhibiting deactivation of the ZSM-5 catalyst treated with oxalic acid by preventing dealumination in the framework, while the lanthanum component improves the basicity of the catalyst, And thus the selectivity of light olefins is increased. Thus, as in Example 2, a catalyst is prepared so as to control the acid and base characteristics of the catalyst to the optimum state, thereby suppressing the deactivation of the catalyst and improving the yield of light olefin Can be maximized.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. Such modifications and changes are to be considered as falling within the scope of the following claims.

Claims (13)

납사 크래킹 공정 후 생성되는 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀을 제조하기 위해 사용되는 촉매에 있어서,
상기 촉매는 제올라이트 촉매가 유기산 용액으로 처리 및 소성되어 선택적 탈알루미늄화 반응을 통해 외표면 산점이 차폐된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
A catalyst used for producing light olefins comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms produced after a naphtha cracking process,
Wherein the catalyst is treated and fired with a solution of an organic acid in a zeolite catalyst to shield the outer surface acid sites through selective dealumination.
제1항에 있어서,
상기 제올라이트 촉매는 골격 타입이 MFI, MOR, LTA, BEA, FAU 및 TON으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, Si/Al 원자비가 5~1000인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the zeolite catalyst has at least one skeletal type selected from the group consisting of MFI, MOR, LTA, BEA, FAU and TON, and the Si / Al atomic ratio is 5 to 1000.
제1항에 있어서,
상기 유기산은 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 말레산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 푸마르산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the organic acid is at least one selected from the group consisting of oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, fumaric acid and tartaric acid.
제1항에 있어서,
상기 유기산은 옥살산인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the organic acid is oxalic acid.
제1항에 있어서,
상기 유기산 용액의 농도는 0.01~4M이고, 상기 유기산 용액 대 상기 촉매 용적비는 1:1~10:1인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the organic acid solution is 0.01 to 4M, and the organic acid solution to the catalyst volume ratio is 1: 1 to 10: 1.
제1항에 있어서,
상기 촉매는 인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst further comprises phosphorus.
제6항에 있어서,
상기 인은 인산(H3PO4), 인산암모늄((NH4)H2PO4), 인산이암모늄((NH4)2HPO4) 및 인산삼암모늄((NH4)3PO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 전구체로 처리되어 포함된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 6,
The phosphorus is a phosphoric acid (H 3 PO 4), ammonium phosphate ((NH 4) H 2 PO 4), phosphoric acid ammonium ((NH 4) 2 HPO 4 ) and tricalcium phosphate of ammonium ((NH 4) 3 PO 4 ) Wherein the catalyst comprises at least one phosphorus precursor selected from the group consisting of iron and iron.
제6항에 있어서,
상기 인은 함침 또는 이온교환법으로 상기 촉매 100중량부에 대하여 0.01~10중량부 함량으로 도입된 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 6,
Wherein the phosphorus is introduced by impregnation or ion exchange in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst.
제6항에 있어서,
상기 촉매는 희토류 금속을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 6,
Wherein the catalyst further comprises a rare earth metal.
제9항에 있어서,
상기 희토류 금속은 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 토륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
10. The method of claim 9,
The rare earth metal is selected from the group consisting of lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium Wherein the catalyst is at least one selected from the group consisting of Dy, Ho, Er, Tm, ytterbium and lutetium.
제9항에 있어서,
상기 희토류 금속 함량은 상기 인에 대한 원자비로 2 이하인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
10. The method of claim 9,
Wherein the rare earth metal content is 2 or less in terms of the atomic ratio to the phosphorus.
제1항에 있어서,
상기 탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물은 납사 크래킹 공정 후 생성되는 C5 유분인 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrocarbon mixture having 4 to 7 carbon atoms is a C5 oil component produced after the naphtha cracking process.
탄소수 4 내지 7의 탄화수소 혼합물을 촉매 접촉분해하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 경질 올레핀 제조방법에 있어서,
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 촉매 존재하에 300~700℃의 반응 온도에서 상기 탄화수소 혼합물을 중량공간속도(WHSV) 1~20h-1 조건으로 반응시키는 것을 특징으로 하는 경질 올레핀 제조방법.
A process for producing light olefins comprising ethylene and propylene by catalytic catalytic cracking of a mixture of hydrocarbons having 4 to 7 carbon atoms,
A process for preparing a light olefin comprising reacting the hydrocarbon mixture at a reaction temperature of 300 to 700 ° C in the presence of a catalyst according to any one of claims 1 to 12 at a weight hourly space velocity (WHSV) of 1 to 20 h -1 .
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