KR20190006385A - Method of two-step reaction of producing deoxygenated fuels from oxygenated hydrocarbons - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for producing deoxygenated fuels from oxygenated hydrocarbons through a two-step reaction. The method comprises: a first stage reaction using a hydrogenation catalyst; and a second stage reaction using a hydrogenated deoxygenation catalyst, and thus there is an effect of improving the water-scavenging oxygen reactivity of oxygenated hydrocarbon compounds.

Description

2단 반응으로 함산소 탄화수소로부터 탈산소 연료를 제조하는 방법{METHOD OF TWO-STEP REACTION OF PRODUCING DEOXYGENATED FUELS FROM OXYGENATED HYDROCARBONS}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for producing a deoxygenated fuel from an oxygenated hydrocarbon by a two-

본 명세서에는 2단 반응으로 함산소 탄화수소로부터 탈산소 연료를 제조하는 방법이 개시된다.Disclosed herein is a process for producing a deoxygenated fuel from an oxygenated hydrocarbon in a two-stage reaction.

목재, 건축 폐기물, 음식물 쓰레기 등 유기성 폐자원과 목재, 초본 등 바이오매스는 미래의 지속가능한 에너지 원료 및 화학 제품 원료로 주목받고 있다. 바이오매스의 당 성분을 생물학적으로 발효시키거나 화학적으로 열 및 촉매 반응으로 전환시키는 기술이 많이 개발되었으나, 이 경우 당을 제외한 다른 탄소원들을 사용하지 못한다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 바이오매스 및 유기성 폐자원의 전성분을 활용하는 방법으로 열분해 공정이 제안되었다. 열분해 공정은 고온으로 유기물을 분해하여 액체 저분자 탄화수소, 고체 촤, 기체 생성물을 얻는데, 이 중에서 액체 저분자 탄화수소는 난방 및 수송 연료로 사용할 수 있다.Organic waste such as wood, building waste, food waste, and biomass such as wood and herbaceous are attracting attention as future sustainable energy and chemical raw materials. A number of techniques have been developed to biologically ferment biomass sugar components or chemically convert them to heat and catalytic reactions, but in this case they have the disadvantage of not using other carbon sources except sugars. In order to solve these problems, a pyrolysis process has been proposed as a method utilizing biomass and all the components of organic waste resources. The pyrolysis process decomposes organic matter at a high temperature to obtain liquid low-molecular hydrocarbons, solid fuels, and gaseous products. Among them, liquid low-molecular hydrocarbons can be used as heating and transportation fuels.

열분해 공정으로 얻어지는 액체 생성물인 열분해 오일은 탄화수소로서 난방 및 수송 연료로 사용할 수 있으나, 높은 산소 함량 때문에 고급 연료로서 가치가 낮으며 기존의 난방기 및 차량 엔진에 직접 사용하기 어렵다. 기존 석유 연료와 유사하게 활용하기 위해서는 함산소 탄화수소 화합물의 혼합물인 열분해 오일로부터 산소를 제거해야 하는데, 이를 위해 가장 많이 활용되고 있는 방법이 수첨탈산소 반응이다. Pyrolysis oil, a liquid product obtained by the pyrolysis process, can be used as a heating and transportation fuel as a hydrocarbon, but its value as a high-grade fuel is low due to its high oxygen content and is difficult to use directly in conventional radiators and vehicle engines. In order to utilize it similar to existing petroleum fuels, it is necessary to remove oxygen from pyrolysis oil, which is a mixture of oxygenated hydrocarbon compounds, and the most widely used method is hydrocracking.

수첨탈산소 반응은 탈산소 공정으로서 활용도가 높을 것으로 기대되나, 실제 연속 반응 운전에서는 촉매층에서 발생하는 급격한 코크 생성, 낮은 촉매 활성 등으로 상업적인 활용이 가능한 반응 시스템을 확보하기 어렵다. 따라서, 연속 반응기 운전이 가능하도록 코크 생성을 억제하고 촉매 반응 활성을 전체적으로 높이는 촉매 및 반응 시스템 구축이 필요하다.In the actual continuous operation, it is difficult to obtain a reaction system capable of commercial use due to rapid coke formation and low catalytic activity occurring in the catalyst bed. Therefore, it is necessary to construct a catalyst and a reaction system that suppresses the formation of coke and increases catalytic activity as a whole so that the continuous reactor can be operated.

한국 등록특허공보 제10-1571129호Korean Patent Registration No. 10-1571129

일 측면에서, 본 명세서는 제1단의 수소화 촉매와 제2단의 수첨탈산소 촉매를 사용하여 함산소 탄화수소 화합물로부터 탈산소 연료를 제조하는 2단 반응의 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In one aspect, the present invention relates to a method for deoxygenating an oxygen-containing hydrocarbon compound in a two-stage reaction in which a deoxygenated fuel is produced from a deoxygenated hydrocarbon compound using a hydrogenation catalyst of the first stage and a hydrocracking oxygen catalyst of the second stage The purpose is to provide.

일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 수소화 촉매를 이용한 제1단 반응; 및 수첨탈산소 촉매를 이용한 제2단 반응을 포함하는 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법을 제공한다.In one aspect, the techniques disclosed herein include a first stage reaction using a hydrogenation catalyst; And a second stage reaction using a hydrocracking oxygen catalyst. The present invention also provides a method for deoxygenating an oxygen-containing hydrocarbon compound.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은, 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 팔라듐(Pd), 니켈(Ni) 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 수소화 촉매를 이용한 제1단 반응; 및 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 포함하는 수첨탈산소 촉매를 이용한 제2단 반응을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the method comprises: a first stage reaction using a hydrogenation catalyst comprising palladium (Pd), nickel (Ni) or ruthenium (Ru) supported on a carbon support or a metal oxide support; And a second stage reaction using a hydrocracking oxygen catalyst comprising ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni) or cobalt (Co) carried on a carbon support or a metal oxide support Lt; / RTI >

예시적인 일 구현예에서, 상기 금속산화물 지지체는 실리카(silica), 알루미나(alumina), 실리카-알루미나(silica-alumina), 지르코니아(zirconia), 텅스테이티드 지르코니아(tungstated-zirconia)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.In an exemplary embodiment, the metal oxide support is selected from the group consisting of silica, alumina, silica-alumina, zirconia, tungstated-zirconia, Lt; / RTI >

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 지지체에 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)이 담지된 것이고, 상기 수첨탈산소 촉매는 지지체에 루테늄(Ru)이 담지된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst may be one in which palladium (Pd) or nickel (Ni) is supported on a support, and the hydrochemical oxygen catalyst is supported on ruthenium (Ru) on a support.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 니켈(Ni) 또는 루테늄(Ru)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd)을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst comprises nickel (Ni) or ruthenium (Ru) supported on a carbon support or a metal oxide support, and the hydrated oxygen catalyst comprises palladium (Pd) supported on a carbon support .

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 금속산화물 지지체에 담지된 루테늄(Ru)을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst comprises palladium (Pd) or nickel (Ni) supported on a carbon support, and the hydrated oxygen catalyst may comprise ruthenium (Ru) supported on a metal oxide support have.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 카본 지지체에 담지된 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 포함하는 것일 수 있다.In one exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst comprises palladium (Pd) supported on a carbon support, and the hydrated oxygen catalyst comprises platinum (Pt), nickel (Ni), or cobalt (Co) supported on a carbon support May include.

예시적인 일 구현예에서, 상기 제1단 및 제2단 반응은 연속식 반응기에서 수행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the first and second stage reactions may be performed in a continuous reactor.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 반응기 내에 함산소 탄화수소 화합물과 수소를 투입하는 단계; 수소화 촉매를 가하여 수소화 반응을 실시하는 단계; 및 수첨탈산소 촉매를 가하여 수첨탈산소 반응을 실시하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the method comprises the steps of charging an oxygen-containing hydrocarbon compound and hydrogen into a reactor; Performing a hydrogenation reaction by adding a hydrogenation catalyst; And performing a hydrocracking reaction by adding a water-reducing oxygen catalyst.

예시적인 일 구현예에서, 상기 함산소 탄화수소 화합물과 수소는 1:1 내지 1:10,000의 부피비로 혼합된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the oxygen-containing hydrocarbon compound and hydrogen may be mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 10,000.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 반응은 100 내지 200 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation reaction may be carried out at 100 to 200 < 0 > C.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응은 250 내지 500 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydropathic oxygenation reaction may be carried out at 250 to 500 < 0 > C.

일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 제1단의 수소화 촉매와 제2단의 수첨탈산소 촉매를 사용하여 함산소 탄화수소 화합물로부터 탈산소 연료를 제조하는 2단 반응의 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법을 제공하는 효과가 있다. 상기 방법은 함산소 탄화수소 화합물의 수첨탈산소 반응성을 향상시켜 주는 효과가 있다. In one aspect, the techniques disclosed herein are directed to the use of a first-stage hydrogenation catalyst and a second-stage hydrocracking oxygen catalyst to produce a deoxygenated fuel from a deoxygenated hydrocarbon compound, There is an effect of providing a reaction method. This method has an effect of enhancing the water-scarcity oxygen reactivity of the oxygen-containing hydrocarbon compound.

도 1은 함산소 탄화수소 화합물의 수첨탈산소 반응에 사용되는 종래 1단 반응기(a) 및 본 명세서에 따른 2단 반응기(b)를 도식화한 것이다.1 schematically illustrates a conventional one-stage reactor (a) and a two-stage reactor (b) according to the present invention used for the hydrocracking reaction of an oxygen-containing hydrocarbon compound.

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

일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 수소화 촉매를 이용한 제1단 반응; 및 수첨탈산소 촉매를 이용한 제2단 반응을 포함하는 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법을 제공한다.In one aspect, the techniques disclosed herein include a first stage reaction using a hydrogenation catalyst; And a second stage reaction using a hydrocracking oxygen catalyst. The present invention also provides a method for deoxygenating an oxygen-containing hydrocarbon compound.

본 명세서에 개시된 방법은 함산소 탄화수소 화합물, 예컨대 열분해 오일의 수소화 및 수첨탈산소화를 통해 탈산소 연료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 상기 방법은 함산소 탄화수소 화합물에 수소화 및 수첨탈산소 촉매를 2단계로 가하여 반응성을 향상시킨 함산소 탄화수소 화합물로부터 산소 원자를 제거하는 함산소 탄화수소 화합물의 수첨탈산소 반응 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 함산소 탄화수소 화합물로부터 고수율의 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하는 효과가 있다.The process disclosed herein relates to a process for preparing a deoxygenated fuel through hydrogenation and hydrogen deoxygenation of an oxygen-containing hydrocarbon compound such as a pyrolysis oil. More particularly, the present invention relates to a method for the reduction of oxygen atoms in an oxygen-containing hydrocarbon compound by adding hydrogenation and hydrocracking oxygen catalyst to the oxygen-containing hydrocarbon compound in two steps to improve the reactivity . This method has the effect of producing a high-yield deoxygenated hydrocarbon compound from an oxygen-containing hydrocarbon compound.

상기 함산소 탄화수소 화합물은 산소 원자를 분자 구조 내에 포함하는 탄화수소 화합물을 의미하는 것으로서 탄소, 수소 및 산소 원자를 포함하며, 예컨대 목재, 초본을 포함하는 다양한 바이오매스, 유기성 폐기물, 플라스틱 등의 분해를 통해 얻어지는 저탄소 화합물의 혼합물인 것일 수 있다.The oxygen-containing hydrocarbon compound means a hydrocarbon compound containing an oxygen atom in a molecular structure, and includes carbon, hydrogen, and oxygen atoms. For example, it decomposes a variety of biomass including wood, herbaceous organic matter, It may be a mixture of the obtained low-carbon compounds.

예시적인 일 구현예에서, 상기 함산소 탄화수소 화합물은 바이오매스의 열분해 오일일 수 있다.In an exemplary embodiment, the oxygen-containing hydrocarbon compound may be pyrolysis oil of biomass.

예시적인 일 구현예에서, 상기 함산소 탄화수소 화합물은 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 구아이아콜, 다이페닐에테르 및 벤질페닐에테르는 목질계 바이오매스의 열분해 오일에서 얻어진 리그닌 단량체일 수 있다.In an exemplary embodiment, the oxygen-containing hydrocarbon compound may include at least one selected from the group consisting of a guaiacol, diphenyl ether, and benzyl phenyl ether. The guaiacol, diphenyl ether and benzyl phenyl ether may be lignin monomers obtained from pyrolysis oils of woody biomass.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은, 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 팔라듐(Pd), 니켈(Ni) 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 수소화 촉매를 이용한 제1단 반응; 및 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 포함하는 수첨탈산소 촉매를 이용한 제2단 반응을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the method comprises: a first stage reaction using a hydrogenation catalyst comprising palladium (Pd), nickel (Ni) or ruthenium (Ru) supported on a carbon support or a metal oxide support; And a second stage reaction using a hydrocracking oxygen catalyst comprising ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni) or cobalt (Co) carried on a carbon support or a metal oxide support Lt; / RTI >

예시적인 일 구현예에서, 상기 카본 지지체는 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라파이트(Graphite), 그라핀(Graphene), 활성탄(Activated charcoal), 다공성 카본(Mesoporous Carbon), 카본 섬유(Carbon fiber) 및 카본 나노 와이어(Carbon nano wire)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.In one exemplary embodiment, the carbon support is selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes (CNT), graphite, graphene, activated charcoal, mesoporous carbon, carbon fiber ) And a carbon nanowire (Carbon nano wire).

예시적인 일 구현예에서, 상기 금속산화물 지지체는 실리카(silica), 알루미나(alumina), 실리카-알루미나(silica-alumina), 지르코니아(zirconia), 텅스테이티드 지르코니아(tungstated-zirconia)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.In an exemplary embodiment, the metal oxide support is selected from the group consisting of silica, alumina, silica-alumina, zirconia, tungstated-zirconia, Lt; / RTI >

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매의 지지체는 카본인 것이 바람직할 수 있다.In an exemplary embodiment, the support of the hydrogenation catalyst may be preferably carbon.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 촉매의 지지체는 금속산화물인 것이 바람직할 수 있다.In an exemplary embodiment, the support of the hydrochemical oxygen catalyst may be preferably a metal oxide.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 촉매의 지지체는 텅스테이티드 지르코니아일 수 있다.In an exemplary embodiment, the support of the hydrated oxygen catalyst may be tungsten zirconia.

본 명세서에 개시된 촉매에서, 상기 지지체에 담지된 금속은 단일 금속 또는 2종 이상의 금속이 담지된 것일 수 있다.In the catalyst disclosed in this specification, the metal supported on the support may be a single metal or two or more metals supported thereon.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 지지체에 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)이 담지된 것이고, 상기 수첨탈산소 촉매는 지지체에 루테늄(Ru)이 담지된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst may be one in which palladium (Pd) or nickel (Ni) is supported on a support, and the hydrochemical oxygen catalyst is supported on ruthenium (Ru) on a support.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 니켈(Ni) 또는 루테늄(Ru)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd)을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst comprises nickel (Ni) or ruthenium (Ru) supported on a carbon support or a metal oxide support, and the hydrated oxygen catalyst comprises palladium (Pd) supported on a carbon support .

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 금속산화물 지지체에 담지된 루테늄(Ru)을 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst comprises palladium (Pd) or nickel (Ni) supported on a carbon support, and the hydrated oxygen catalyst may comprise ruthenium (Ru) supported on a metal oxide support have.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 카본 지지체에 담지된 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 포함하는 것일 수 있다.In one exemplary embodiment, the hydrogenation catalyst comprises palladium (Pd) supported on a carbon support, and the hydrated oxygen catalyst comprises platinum (Pt), nickel (Ni), or cobalt (Co) supported on a carbon support May include.

예시적인 일 구현예에서, 상기 지지체에 담지된 금속 촉매 성분의 함량은 촉매 총 중량에 대해 각각 0.01 내지 30 중량%인 것일 수 있다. 다른 측면에서, 상기 지지체에 담지된 금속 촉매 성분의 함량은 촉매 총 중량에 대해 각각 0.01 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 1 중량% 이상, 3 중량% 이상, 5 중량% 이상, 8 중량% 이상, 10 중량% 이상, 13 중량% 이상, 15 중량% 이상, 18 중량% 이상 또는 20 중량% 이상이면서 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 23 중량% 이하, 20 중량% 이하, 18 중량% 이하, 15 중량% 이하, 13 중량% 이하, 10 중량% 이하, 8 중량% 또는 5 중량% 이하인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the content of the metal catalyst component carried on the support may be 0.01 to 30 wt%, respectively, based on the total weight of the catalyst. In another aspect, the content of the metal catalyst component carried on the support is at least 0.01 wt%, at least 0.1 wt%, at least 1 wt%, at least 3 wt%, at least 5 wt%, at least 8 wt% By weight, not less than 10% by weight, not less than 13% by weight, not less than 15% by weight, not less than 18% by weight or not less than 20% by weight but not more than 30% , 15 wt% or less, 13 wt% or less, 10 wt% or less, 8 wt% or 5 wt% or less.

예시적인 일 구현예에서, 상기 제1단 및 제2단 반응은 연속식 반응기에서 수행될 수 있다. 본 명세서에 따른 2단 반응의 탈산소 반응 방법은 연속 반응기 운전이 가능하도록 코크 생성을 억제하고 촉매 반응 활성을 높여 주는 효과가 있다.In an exemplary embodiment, the first and second stage reactions may be performed in a continuous reactor. The deoxygenation reaction of the two-step reaction according to the present invention has the effect of inhibiting the formation of coke and increasing the catalytic activity so that the continuous reactor can be operated.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 반응기 내에 함산소 탄화수소 화합물과 수소를 투입하는 단계; 수소화 촉매를 가하여 수소화 반응을 실시하는 단계; 및 수첨탈산소 촉매를 가하여 수첨탈산소 반응을 실시하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the method comprises the steps of charging an oxygen-containing hydrocarbon compound and hydrogen into a reactor; Performing a hydrogenation reaction by adding a hydrogenation catalyst; And performing a hydrocracking reaction by adding a water-reducing oxygen catalyst.

예시적인 일 구현예에서, 상기 함산소 탄화수소 화합물과 수소는 1:1 내지 1:10,000의 부피비로 혼합된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the oxygen-containing hydrocarbon compound and hydrogen may be mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 10,000.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 반응은 100 내지 200 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation reaction may be carried out at 100 to 200 < 0 > C.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수첨탈산소 반응은 250 내지 500 ℃, 또는 300 내지 500 ℃, 또는 300 내지 450 ℃, 또는 300 내지 400 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrocracking reaction may be carried out at 250 to 500 占 폚, or 300 to 500 占 폚, or 300 to 450 占 폚, or 300 to 400 占 폚.

예시적인 일 구현예에서, 상기 수소화 반응 및 수첨탈산소 반응은 촉매 전체 부피에 대해 0.1 내지 5 h-1의 액체공간속도(Liquid Hourly Space Velocity, LHSV)에서 실시하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrogenation reaction and the hydroproxygenation reaction may be carried out at a Liquid Hourly Space Velocity (LHSV) of 0.1-5 h < -1 > over the entire catalyst volume.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 함산소 탄화수소 화합물로부터 탈산소 탄화수소 화합물을 제조하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the method may be to produce a deoxygenated hydrocarbon compound from an oxygenated hydrocarbon compound.

다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 함산소 탄화수소 화합물의 수소화 및 수첨탈산소 촉매를 제조하는 방법을 제공한다.In another aspect, the techniques disclosed herein provide a process for preparing hydrogenated and hydrocracked oxygen catalysts of the above-mentioned oxygenated hydrocarbon compounds.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 촉매 성분의 전구체 수용액을 지지체와 혼합하여 함침시키는 단계; 및 상기 촉매 성분의 전구체 수용액을 함침시킨 지지체를 환원 소성하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the method comprises: mixing a precursor aqueous solution of a catalyst component with a support and impregnating; And reducing and firing a support impregnated with the precursor aqueous solution of the catalyst component.

예시적인 일 구현예에서, 상기 촉매 성분의 전구체인 금속 전구체는 금속 염 화합물, 금속 아세테이트 화합물, 금속 할로겐 화합물, 금속 나이트레이트 화합물, 금속 하이드록사이드 화합물, 금속 카르보닐 화합물, 금속 설페이트 화합물 및 금속 지방산염 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the metal precursor which is a precursor of the catalytic component is selected from the group consisting of metal salt compounds, metal acetate compounds, metal halide compounds, metal nitrate compounds, metal hydroxide compounds, metal carbonyl compounds, metal sulfate compounds and metal fats And an acid salt compound.

예시적인 일 구현예에서, 상기 소성 공정은 불활성 기체로 수소가 희석된 분위기 하에서 1 내지 20시간 동안 300 내지 600 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the calcination process may be carried out at 300 to 600 ° C for 1 to 20 hours under an atmosphere of hydrogen diluted with an inert gas.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1. Example 1.

지지체 5 g과 금속 전구체 (질산화물, 각 금속 전구체에 대해 Ni: 6.26 g, Pd: 0.66 g, Ru: 0.35 g, Co: 2.83 g, Pt: 0.70 g)를 증류수 30 g과 혼합하고 상온 상압 조건에서 12시간 동안 교반시켰다. 혼합물은 70 ℃에서 감압건조한 후 105 ℃에서 진공 건조시켰다. 완전히 건조된 촉매는 Pd, Ru, Co, Pt의 경우 350 ℃에서 2시간, Ni의 경우 550 ℃에서 2시간 동안 아르곤 기체에 혼합된 5 부피% 수소 기체로 환원시켰다.5 g of the support and 30 g of distilled water were mixed with 5 g of metal precursor (nitric oxide, 6.26 g of each metal precursor, 0.66 g of Pd, 0.35 g of Ru, 2.83 g of Co and 0.70 g of Pt) Stir for 12 hours. The mixture was dried under reduced pressure at 70 캜 and then vacuum dried at 105 캜. The completely dried catalyst was reduced to 5 vol% hydrogen gas mixed with argon gas for 2 hours at 350 ℃ for Pd, Ru, Co, Pt and 550 ℃ for Ni.

실시예 2. Example 2.

상기 실시예 1에서 제조한 촉매로 연속식 2단 반응기를 사용하여 소나무 톱밥의 열분해 오일의 수첨탈산소 반응을 수행하였다(도 1의 (b) 참고). 반응 온도는 1단은 100 내지 190 ℃로 유지하였고, 2단은 300 내지 450 ℃로 유지하였다. 반응기 내 투입 촉매양은 1단은 5 mL, 2단은 10 mL로 고정하였고, 반응기 내 압력은 1, 2단 모두 100 bar를 유지하였다. 2단에만 촉매를 사용할 경우에는 2단에 10 mL의 촉매를 투입하였다. 반응물 유량은 상온 상압 기준으로 6 mL/h로 고정하였다. 수소 유량은 상온 상압 기준으로 6 mL/min로 고정하였다. 반응 후 얻어진 액체 혼합물은 생성물의 질량을 측정하고 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였다. 하기 표 1과 표 2는 상기 실시예 1에서 제조한 다양한 촉매들에 대해 본 명세서에 따른 2단 수첨탈산소 반응 결과를 나타낸 것이다.The catalyst prepared in Example 1 was subjected to a hydrocracking reaction of pyrolysis oil of pine sawdust using a continuous two-stage reactor (see Fig. 1 (b)). The reaction temperature was maintained at 100-190 ° C for the first stage and 300-450 ° C for the second stage. The amount of the charged catalyst in the reactor was fixed to 5 mL for the first stage and to 10 mL for the second stage, and the pressure in the reactor was maintained at 100 bar in both the first and second stages. When the catalyst was used only in the second stage, 10 mL of the catalyst was added to the second stage. The flow rate of the reactants was fixed at 6 mL / h based on normal temperature and normal pressure. The hydrogen flow rate was fixed at 6 mL / min at normal temperature and atmospheric pressure. The liquid mixture obtained after the reaction was analyzed by mass measurement of the product and gas chromatography. The following Tables 1 and 2 show the results of the two-stage oxygen reduction reaction according to the present invention for the various catalysts prepared in Example 1 above.

촉매catalyst 촉매층 온도 (℃)The catalyst bed temperature (캜) 액체 생성물 수율
(g/g of feed oil)
Liquid product yield
(g / g of feed oil)
물층을
제외한
오일층 수율 (g/g of feed oil)
Water layer
Except
Oil layer yield (g / g of feed oil)
코크 및 타르 수율
(g/g of feed oil)
Coke and tar yield
(g / g of feed oil)
1단1st stage 2단2nd stage 1단1st stage 2단2nd stage 1단1st stage 2단2nd stage NoneNone 3 wt% Ru/WZra 3 wt% Ru / WZr a -- 313 - 370313 - 370 0.600.60 0.300.30 -- 0.070.07 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 146 - 198146 - 198 335 - 364335 - 364 0.650.65 0.480.48 0.030.03 0.090.09 5 wt% Pt/C5 wt% Pt / C 112 - 170112 - 170 323 - 378323 - 378 0.450.45 0.270.27 0.170.17 0.230.23 5 wt% Ru/C5 wt% Ru / C 119 - 173119 - 173 323 - 372323 - 372 0.690.69 0.490.49 0.080.08 0.010.01 20 wt% Ni/C20 wt% Ni / C 114 - 165114 - 165 331 - 381331 - 381 0.530.53 0.330.33 0.030.03 0.040.04 3 wt% Ru/WZr3 wt% Ru / WZr 111 - 151111 - 151 337 - 398337 - 398 0.570.57 0.410.41 0.310.31 0.200.20 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 3 wt% Ru/WZr3 wt% Ru / WZr 108 - 162108 - 162 312 - 385312 - 385 0.740.74 0.420.42 0.010.01 0.030.03 20 wt% Ni/C20 wt% Ni / C 114 - 157114 - 157 328 - 380328 - 380 0.620.62 0.240.24 0.020.02 0.020.02 5 wt% Ru/C5 wt% Ru / C 119 - 165119 - 165 350 - 385350 - 385 0.560.56 0.240.24 0.020.02 0.050.05 10 wt% Co/C10 wt% Co / C 121 - 176121 - 176 368 - 386368 - 386 0.430.43 0.110.11 0.030.03 0.030.03 5 wt% Ru/Al2O3 5 wt% Ru / Al 2 O 3 117 - 158117 - 158 367 - 385367 - 385 0.550.55 0.240.24 0.040.04 0.060.06 3 wt% Ru/WZr3 wt% Ru / WZr 115 - 160115 - 160 360 - 384360 - 384 0.520.52 0.140.14 0.120.12 0.030.03 5 wt% Ru/TiO2 5 wt% Ru / TiO 2 115 - 160115 - 160 360 - 384360 - 384 0.480.48 0.140.14 0.020.02 0.40.4 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 5 wt% Pt/C5 wt% Pt / C 153 - 188153 - 188 310 - 364310 - 364 0.730.73 0.440.44 0.020.02 0.030.03 5 wt% Ru/C5 wt% Ru / C 153 - 188153 - 188 310 - 364310 - 364 0.32
(물층만
생성)
0.32
(Only the water layer
produce)
~0~ 0 0.040.04 0.060.06
20 wt% Ni/C20 wt% Ni / C 112 - 161112 - 161 312 - 371312 - 371 0.650.65 0.400.40 0.030.03 0.060.06 10 wt% Co/C10 wt% Co / C 110 - 167110 - 167 349 - 370349 - 370 0.610.61 0.290.29 0.080.08 0.130.13 5 wt% Ru/TiO2 5 wt% Ru / TiO 2 117 - 167117 - 167 341 - 388341 - 388 0.33
(물층만
생성)
0.33
(Only the water layer
produce)
~0~ 0 0.100.10 0.040.04
5 wt% Ru/Al2O3 5 wt% Ru / Al 2 O 3 108 - 162108 - 162 312 - 379312 - 379 0.29
(물층만
생성)
0.29
(Only the water layer
produce)
~0~ 0 0.050.05 0.060.06

aLHSV = 0.72 h-1. 그외 다른 촉매 반응에 대해서는 LHSV = 0.42 - 0.52 h-1. a LHSV = 0.72 h -1 . For other catalytic reactions, LHSV = 0.42 - 0.52 h -1 .

촉매
catalyst
C (wt%)C (wt%) H (wt%)H (wt%) N (wt%)N (wt%) S (wt%)S (wt%) O (wt%)a O (wt%) a O/C (atom/atom)O / C (atom / atom) H/C (atom/atom)H / C (atom / atom) 오일층내 수분 (wt%)Water in the oil layer (wt%) HHV 열량 (MJ/kg)HHV calories (MJ / kg)
1단1st stage 2단2nd stage Crude bio-oilCrude bio-oil 55.255.2 7.27.2 0.90.9 ~0b ~ 0 b 34.934.9 0.4750.475 1.571.57 7.007.00 22.722.7 Ether extracted bio-oilEther extracted bio-oil 56.656.6 7.27.2 1.11.1 ~0b ~ 0 b 31.731.7 0.420.42 1.531.53 6.26.2 23.823.8 NoneNone 3 wt% Ru/WZra 3 wt% Ru / WZr a 85.485.4 13.613.6 1.01.0 ~0b ~ 0 b 1.21.2 0.010.01 1.921.92 0.40.4 48.248.2 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 72.072.0 11.211.2 1.281.28 ~0b ~ 0 b 11.211.2 0.120.12 1.881.88 2.62.6 38.438.4 5 wt% Pt/C5 wt% Pt / C 67.767.7 11.311.3 0.190.19 ~0b ~ 0 b 18.018.0 0.200.20 2.002.00 0.30.3 35.935.9 5 wt% Ru/C5 wt% Ru / C 75.075.0 12.212.2 0.440.44 ~0b ~ 0 b 10.210.2 0.100.10 1.951.95 3.63.6 41.041.0 20 wt% Ni/C20 wt% Ni / C 76.776.7 12.012.0 0.270.27 ~0b ~ 0 b 6.46.4 0.070.07 1.881.88 2.62.6 42.142.1 3 wt% Ru/WZr3 wt% Ru / WZr 75.475.4 12.112.1 0.380.38 ~0b ~ 0 b 5.05.0 0.090.09 1.921.92 1.61.6 41.141.1 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 3 wt% Ru/WZr3 wt% Ru / WZr 83.983.9 12.712.7 0.070.07 ~0b ~ 0 b 0.70.7 0.010.01 1.821.82 0.040.04 46.546.5 20 wt% Ni/C20 wt% Ni / C 85.085.0 13.013.0 0.280.28 ~0b ~ 0 b 1.21.2 0.010.01 1.831.83 0.170.17 47.147.1 5 wt% Pd/C5 wt% Pd / C 5 wt% Pt/C5 wt% Pt / C 78.078.0 11.711.7 0.080.08 ~0b ~ 0 b 6.96.9 0.070.07 1.801.80 0.90.9 41.841.8 5 wt% Ru/C5 wt% Ru / C 물층만 생성Only produce water layer 20 wt% Ni/C20 wt% Ni / C 79.379.3 12.412.4 0.540.54 ~0b ~ 0 b 7.17.1 0.070.07 1.871.87 2.72.7 43.343.3 10 wt% Co/C10 wt% Co / C 81.981.9 12.412.4 0.320.32 ~0b ~ 0 b 5.05.0 0.050.05 1.811.81 0.50.5 44.644.6 5 wt% Ru/TiO2 5 wt% Ru / TiO 2 물층만 생성Only produce water layer 5 wt% Ru/Al2O3 5 wt% Ru / Al 2 O 3 물층만 생성Only produce water layer

a별도의 산소 정량 장치로 측정. a Measured with a separate oxygen metering device.

b최소 측정 한도보다 작음. b Less than the minimum measurement limit.

상기 표 1 및 표 2에서 보듯이 1단 수소화 촉매 없이 2단의 Ru/WZr 수첨탈산소 촉매만을 사용하여도 0.30 g/g의 높은 오일 수율을 보이나, 1단 Pd/C와 2단 Ru/WZr을 조합하였을 경우 0.42 g/g의 더 높은 오일 수율과 0.7 중량%의 낮은 산소 함량을 보여 매우 효율적인 수첨탈산소 반응이 진행되었음을 알 수 있었다. 1단 Pd/C, 2단 Pt/C의 조합, 1단 Pd/C, 2단 Ni/C의 조합의 경우에는 각각 0.44, 0.40 g/g의 높은 오일 수율을 보였으나, 이들은 각각 6.9 중량%, 7.1 중량%의 높은 산소 함량으로 수첨탈산소 반응이 완전히 진행되지 않았음을 알 수 있었다. 또한, 1단 수소화 촉매로 Pd 촉매 대신 저가의 Ni 촉매를 사용하고 2단 수첨탈산소 촉매로 Ru/WZr을 사용하였을 때, 0.24 g/g의 상대적으로 낮은 오일 수율을 보였으나 이때에도 1.2 중량%의 산소 함량으로 높은 수첨탈산소 효율을 갖는 것을 알 수 있었다.As shown in Tables 1 and 2, even when only a two-stage Ru / WZr water-reducing oxygen catalyst was used without a first stage hydrogenation catalyst, a high oil yield of 0.30 g / g was obtained. However, the first stage Pd / C and the second stage Ru / WZr Showed a higher oil yield of 0.42 g / g and a lower oxygen content of 0.7 wt%, indicating that the highly efficient hydrocracking reaction proceeded. In the case of the combination of the first stage Pd / C, the second stage Pt / C, the first stage Pd / C and the second stage Ni / C combination, the oil yields were as high as 0.44 and 0.40 g / , And a high oxygen content of 7.1 wt%, indicating that the hydrocracking reaction did not proceed completely. In addition, when a low-cost Ni catalyst was used instead of a Pd catalyst as a first-stage hydrogenation catalyst and Ru / WZr was used as a two-stage oxygen catalyst, a relatively low oil yield of 0.24 g / g was obtained. And the oxygen content of the solution was high.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that this specific description is only a preferred embodiment and that the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

10: 함산소 탄화수소 화합물 및 수소 기체
20: 노, 가열 장치
30: 수소화 촉매
40: 수첨탈산소 촉매
50: 수첨탈산소 생성물 및 수소 기체
10: Hollow oxygen hydrocarbon compound and hydrogen gas
20: furnace, heating device
30: hydrogenation catalyst
40: water-reducing oxygen catalyst
50: Hydrogen oxides and hydrogen gas

Claims (12)

수소화 촉매를 이용한 제1단 반응; 및
수첨탈산소 촉매를 이용한 제2단 반응을 포함하는 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
A first stage reaction using a hydrogenation catalyst; And
A second method for the deoxygenation of an oxygen-containing hydrocarbon compound using a water-reducing oxygen catalyst.
제 1항에 있어서,
상기 방법은, 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 팔라듐(Pd), 니켈(Ni) 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 수소화 촉매를 이용한 제1단 반응; 및
카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 포함하는 수첨탈산소 촉매를 이용한 제2단 반응을 포함하는, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
The method according to claim 1,
The method comprises: a first stage reaction using a hydrogenation catalyst comprising palladium (Pd), nickel (Ni) or ruthenium (Ru) carried on a carbon support or a metal oxide support; And
A second stage reaction using a hydrocracking oxygen catalyst comprising ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni) or cobalt (Co) supported on a carbon support or metal oxide support, A method for deoxygenation of an oxygen - containing hydrocarbon compound.
제 2항에 있어서,
상기 금속산화물 지지체는 실리카(silica), 알루미나(alumina), 실리카-알루미나(silica-alumina), 지르코니아(zirconia), 텅스테이티드 지르코니아(tungstated-zirconia)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the metal oxide support is at least one selected from the group consisting of silica, alumina, silica-alumina, zirconia, tungstated-zirconia, A method for deoxygenation of a compound.
제 2항에 있어서,
상기 수소화 촉매는 지지체에 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)이 담지된 것이고, 상기 수첨탈산소 촉매는 지지체에 루테늄(Ru)이 담지된 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogenation catalyst is one in which palladium (Pd) or nickel (Ni) is supported on a support, and rhenium (Ru) is supported on a support in the hydrocracking oxygen catalyst.
제 2항에 있어서,
상기 수소화 촉매는 카본 지지체 또는 금속산화물 지지체에 담지된 니켈(Ni) 또는 루테늄(Ru)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd)을 포함하는 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogenation catalyst comprises nickel (Ni) or ruthenium (Ru) supported on a carbon support or a metal oxide support, and the hydrated oxygen catalyst comprises palladium (Pd) supported on a carbon support. A method for deoxygenation of a compound.
제 2항에 있어서,
상기 수소화 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 금속산화물 지지체에 담지된 루테늄(Ru)을 포함하는 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogenation catalyst comprises palladium (Pd) or nickel (Ni) supported on a carbon support, and the hydrochemical oxygen catalyst comprises ruthenium (Ru) supported on a metal oxide support. Oxygen reaction method.
제 2항에 있어서,
상기 수소화 촉매는 카본 지지체에 담지된 팔라듐(Pd)을 포함하고, 상기 수첨탈산소 촉매는 카본 지지체에 담지된 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)를 포함하는 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogenation catalyst comprises palladium (Pd) supported on a carbon support, and the hydrochemical oxygen catalyst comprises platinum (Pt), nickel (Ni) or cobalt (Co) A method for deoxygenation of a hydrocarbon compound.
제 1항에 있어서,
상기 제1단 및 제2단 반응은 연속식 반응기에서 수행되는, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first stage and second stage reactions are carried out in a continuous reactor.
제 1항에 있어서,
상기 방법은 반응기 내에 함산소 탄화수소 화합물과 수소를 투입하는 단계; 수소화 촉매를 가하여 수소화 반응을 실시하는 단계; 및 수첨탈산소 촉매를 가하여 수첨탈산소 반응을 실시하는 단계를 포함하는, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
The method according to claim 1,
The method comprises the steps of charging an oxygen-containing hydrocarbon compound and hydrogen into a reactor; Performing a hydrogenation reaction by adding a hydrogenation catalyst; And performing a hydrocracking reaction by adding a water-reducing oxygen catalyst to the deoxygenated hydrocarbon.
제 9항에 있어서,
상기 함산소 탄화수소 화합물과 수소는 1:1 내지 1:10,000의 부피비로 혼합된 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the oxygen-containing hydrocarbon compound and hydrogen are mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 10,000.
제 9항에 있어서,
상기 수소화 반응은 100 내지 200 ℃에서 실시하는 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the hydrogenation reaction is carried out at 100 to 200 ° C.
제 9항에 있어서,
상기 수첨탈산소 반응은 250 내지 500 ℃에서 실시하는 것인, 함산소 탄화수소 화합물의 탈산소 반응 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the hydrocracking reaction is carried out at 250 to 500 ° C.
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