KR20190049209A - production of selective ethylene from propylene by acid treated ZSM-5 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조 하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산으로 처리되어 특정 산성도를 가지는 ZSM-5 촉매 하에서 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for selectively producing ethylene from propylene, and more particularly to a process for preparing ethylene with high selectivity from propylene under ZSM-5 catalysts treated with an acid and having a specific acidity.
경질올레핀인 에틸렌 및 프로필렌은 현재 석유화학시장에서 주된 대량 화학제품으로, 플라스틱 뿐만 아니라 합성고무, 포장용품, 섬유, 건축자재, 가구 등과 같은 다양한 화학제품 제조에 사용되는 중요한 기본 원료물질이다. 이러한 다양한 활용성 때문에, 세계 시장에서 에틸렌 및 프로필렌의 사용량은 향후 계속해서 증가할 것으로 예상되고 있다. Light olefins, ethylene and propylene, are the major bulk chemicals currently in the petrochemicals market and are an important basic raw material used in the manufacture of plastics as well as various chemicals such as synthetic rubber, packaging, textiles, building materials and furniture. Due to these various applications, the use of ethylene and propylene in the world market is expected to continue to increase in the future.
특히, 에틸렌인 경우, 전 세계적으로 볼 때 에틸렌의 50% 이상이 폴리에틸렌 및 에틸렌 공중합체 제조에 쓰이고 있으며, 이외에 산화, 수소화, 할로겐화수소화, 알킬화, 수화, 올리고머화, 히드로포밀화 등으로 불리는 여러 가지 화학반응을 통해 화학공업에 매우 중요하고 다양한 원료 화합물로 공급되고 있다.In particular, in the case of ethylene, more than 50% of ethylene is used in the production of polyethylene and ethylene copolymers in the world. In addition, there are various types of ethylene, hydrogenation, hydrogenation, alkylation, hydration, oligomerization, Chemical reactions are very important for the chemical industry and are supplied as various raw materials.
석유화학산업에서는 이러한 경질올레핀을 제조하는 다양한 경로가 존재하나, 가스원료 (에탄, 프로판) 및 액체원료(나프타, 가스오일)와 같은 탄화수소 원료를 수증기와 함께 높은 온도에서 열분해시켜 올레핀을 제조하는 스팀크래킹공정이 가장 많이 사용되는 일반적인 공정이다. 이러한 스팀크래킹을 통하여 얻어지는 생성물의 수율은 사용되는 탄화수소원료에 따라 대부분 결정되며, 가스인 에탄을 원료로 사용하는 에탄 크래커(cracker)인 경우 주로 에틸렌이 나오며 (약 83% 수율) 약간의 연료유분이 부산물로 얻어진다. There are various routes for producing such light olefins in the petrochemical industry. However, there are various routes for producing such light olefins. However, steam produced by pyrolyzing hydrocarbon raw materials such as gas raw materials (ethane, propane) and liquid raw materials (naphtha, gas oil) Cracking process is the most common process. The yield of the product obtained through this steam cracking is mostly determined by the hydrocarbon feedstock used, and in the case of an ethane cracker using gaseous ethane as a raw material, mainly ethylene (about 83% yield) and a little fuel oil Is obtained as a by-product.
그러나, 현재 올레핀 생산을 위해 전 세계 가동되는 크래커 중 가장 많은 수를 차지하고 있는 나프타 크래커인 경우 경질올레핀인 에틸렌 및 프로필렌 외 부산물로써 C4유분, BTX방향족유분 및 기타연료를 얻을 수 있으며, 이때 에틸렌 32%, 프로필렌 16%정도의 수율을 가진다.However, in the case of naphtha crackers, which account for the largest number of crackers currently operating for olefin production, C4 olefins, BTX aromatic oils and other fuels can be obtained as light olefins, ethylene and propylene by-products, , And a yield of about 16% of propylene.
가장 많이 올레핀을 제조하는 공정인 석유 유래 납사크래킹 공정에서 생산되는 에틸렌양은 프로필렌 생산양보다 약 2배 정도 상대적으로 높지만, 지역에 따라서 사용되는 탄화수소 원료의 종류와 적용되는 공정이 다를 뿐만 아니라, 지역에 따라 경질올레핀을 사용하여 화학제품을 생산하는 산업의 종류가 다르기 때문에 미국, 유럽, 중국, 아시아 등과 같이 각 지역적인 수요 및 공급에 따라 에틸렌과 프로필렌의 가격 격차가 필연적으로 발생한다. The amount of ethylene produced in the petroleum-derived naphtha cracking process, which is the most commonly used process for producing olefins, is about two times higher than the amount of propylene produced. However, not only is the type of hydrocarbon feedstock used and the process applied, Because of the different types of industries producing light products using light olefins, the price gap between ethylene and propylene will inevitably vary depending on local demand and supply, such as the US, Europe, China, and Asia.
따라서, 이러한 지역적인 에틸렌과 프로필렌사이의 경질올레핀 공급-수요 균형을 맞추기 위하여 올레핀 상호전환 (olefin interconversion)기술의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop olefin interconversion techniques to balance the local supply and demand of light olefins between ethylene and propylene.
이와 같은 올레핀 인터컨버젼 연구에서, 현재까지는 일반적으로 에틸렌에 비하여 상대적으로 프로필렌의 가격 및 수요가 높을 것이라는 예상으로 인하여 에틸렌으로부터 프로필렌 제조 공정 (Ethylene-to-Propylene, ETP)이 광범위하게 연구되었다.Ethylene-to-propylene (ETP) processes have been extensively studied from ethylene due to the expectation that propylene prices and demand will be relatively high in comparison with ethylene in general in the olefin interconversion studies.
그러나 최근에는 미국에서 가스원료인 셰일 가스를 사용하기 위해 새로 건설 된 많은 에탄 크래커에서 많은 에틸렌을 공급이 되고 있으나, 아시아 지역에서는 높은 에틸렌 수요뿐만 아니라, 나프타 크래커, PDH 및 MTP와 같이 다양하고, 많은 프로필렌 공급원들이 있기 때문에 프로필렌 가격이 에틸렌의 가격보다 상대적으로 저렴한 상황이다. Recently, however, many ethane crackers have been supplied by many newly built ethane crackers to use shale gas as a gas raw material in the United States. In Asia, however, not only are there a high demand for ethylene, but also a wide variety, such as naphtha crackers, PDH and MTP Because propylene feedstocks exist, propylene prices are relatively inexpensive relative to ethylene prices.
따라서 아시아 지역에서 선택적으로 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 공정(Propylene-to-Ethylene, PTE)의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop propylene-to-ethylene (PTE) process that selectively converts propylene to ethylene in Asia.
PTE 관련 기술로는 1960년대에 올레핀 복분해 반응반응을 이용하는 트리올레핀 (Triolefin)공정이 개발 상용화되었다. 이 복분해 반응은 실리카 담지체에 텅스텐 산화물을 담지시킨 불균일계 촉매을 사용하며, 2 몰의 프로필렌을 각각 하나의 에틸렌과 2-부텐으로 이론적으로 전환을 시킨다. As a technology related to PTE, triolefin process using olefin metathesis reaction was developed and commercialized in the 1960s. This metathesis reaction employs a heterogeneous catalyst in which tungsten oxide is supported on a silica carrier, and two moles of propylene are theoretically converted into one ethylene and two-butene, respectively.
그러나, 실질적으로 프로필렌 자체 복분해 (self-metathesis)반응에서 에틸렌 원 패스 선택도(One-pass selectivity)가 35.3%미만으로 에틸렌의 선택도가 높지 않아, 복분해반응을 이용한 공정에서 에틸렌 수율을 최대화하기 위하여 원료인 프로필렌과 주된 부생성물인 부텐의 복분해 반응기들 및 다양하게 생성되는 탄화수소를 분해하는 반응기가 시리즈로 필수적으로 구성되어야 한다. 상기와 같은 문제점 등의 이유로 복분해 경로를 통한 프로필렌으로부터 선택적인 에틸렌 제조의 상용화는 중단되었다.However, in the self-metathesis reaction of propylene itself, the one-pass selectivity is less than 35.3% and the selectivity of ethylene is not high. In order to maximize the ethylene yield in the process using the metathesis reaction The propylene as the raw material and the metathesis reactors of butene, the main by-product, and the reactor for decomposing the various hydrocarbons produced, must be constituted in series. Commercialization of ethylene production selectively from propylene through a metathesis path has been discontinued for reasons such as the above.
한편 제올라이트는 독특한 형상 선택성 및 조절 가능한 산점 때문에 화학산업의 많은 촉매 공정에서 고체산 촉매로 사용되어져 왔다. 특히, 이러한 특징들은 오일 리파이너리 및 석유화학 공정에서 높은 효율을 이끌어 왔다. 예를 들어, 제올라이트 촉매들은 크래킹, 이성화, 방향족화, 불균화, 알킬화와 같은 일련의 촉매 반응들에서 높은 촉매 활성 및 생산 선택성을 보인다. 에틸렌 제조에서 촉매로써의 제올라이트는 대부분 경질 올레핀의 수율 향상을 위한 전체공정의 부가적인 공정에 사용되었으며, 반응 중간체들인 올레핀 및 탄화수소들의 촉매 크래킹을 통하여 에틸렌이 얻어진다. 이런 촉매 크래킹에서 에틸렌 선택도는 12~30% 정도로 낮게 보고되었다. On the other hand, zeolites have been used as solid acid catalysts in many catalytic processes in the chemical industry due to their unique shape selectivity and controllable acid sites. In particular, these features have led to high efficiencies in oil refineries and petrochemical processes. For example, zeolite catalysts exhibit high catalytic activity and production selectivity in a series of catalytic reactions such as cracking, isomerization, aromatization, disproportionation, alkylation. Most of the zeolites as catalysts in ethylene production have been used in additional processes of the overall process to improve the yield of light olefins and ethylene is obtained through catalytic cracking of olefins and hydrocarbons as reaction intermediates. The selectivity of ethylene in this catalytic cracking was reported to be as low as 12 ~ 30%.
따라서, 프로필렌으로부터 선택적인 에틸렌을 제조하기 위해서는 기존 기술 및 촉매를 적용하는 것은 한계가 있으며, 이를 개선할 새로운 공정이 요구된다.Therefore, the application of existing technologies and catalysts is limited in order to produce ethylene selectively from propylene, and a new process for improving it is required.
본 발명은 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 기존의 상업화된 프로필렌의 복분해반응을 사용한 에틸렌을 제조하는 방법 및 올레핀 및 탄화수소물질 크래킹 반응에서 부산물로서 에틸렌을 제조하는 방법이 아닌 산으로 처리되어 산성도가 제어된 ZSM-5 촉매존재 하 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a process for the selective preparation of ethylene from propylene, which comprises a process for the production of ethylene using the metathesis reaction of propylene and the production of ethylene as a by-product in the cracking reaction of olefins and hydrocarbons, To produce ethylene with high selectivity from propylene in the presence of an acidity controlled ZSM-5 catalyst.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 산으로 처리되어 제어된 산성도를 가지는 특정촉매인 ZSM-5 촉매 존재 하에서 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법은,In order to achieve the above object, the present invention provides a process for selectively producing ethylene from propylene in the presence of a ZSM-5 catalyst, which is a specific catalyst having acidity controlled by treatment with an acid, A method for producing the above-
산으로 처리되어 약 산성도(weak acidity)가 0.09mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도(strong acidity)가 0.45mmol/g-촉매 이하인 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌을 반응시켜 에틸렌을 제조하는 단계를 포함한다.Acid to produce ethylene by reacting propylene under a ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.09 mmol / g-catalyst or less and a strong acidity of 0.45 mmol / g-catalyst or less do.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 산은 염산, 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있다.Preferably, the acid according to one embodiment of the present invention may be one or more selected from hydrochloric acid, ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 Si/Al2몰 비율이 30 내지 80 이하일 수 있으며, 0.005몰 내지 0.5몰의 산으로 처리된 것일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may have a Si / Al 2 molar ratio of 30 to 80 or less, and may be treated with 0.005 to 0.5 mol of an acid.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 약 산성도는 0.029 내지 0.084mmol/g 촉매이며, 강 산성도가 0.18 내지 0.45mmol/g 촉매일 수 있다.Preferably, the weak acidity according to one embodiment of the present invention is 0.029 to 0.084 mmol / g catalyst and the acidity of acidity is 0.18 to 0.45 mmol / g catalyst.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 높은 전환율 및 에틸렌 선택성을 가지기위한 측면에서 강산성도/약산성도가 4.0 내지 8.0일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may have a strong acidity / weak acidity of 4.0 to 8.0 in view of high conversion and ethylene selectivity.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 반응은 550 내지 600℃의 온도, 1 내지 10KPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:1 내지 1:30의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행될 수 있다.Preferably, the reaction according to one embodiment of the present invention is carried out at a temperature of 550 to 600 占 폚, atmospheric pressure of 1 to 10 KPa, hourly weight hourly space velocity of propylene of 0.1 to 10 hours -1 and propylene and nitrogen of 1: Dilution ratio.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5일 수 있으며, ZSM-5는 La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru 및 Ir에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 담지된 것일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be H-ZSM-5, and ZSM-5 may be one selected from the group consisting of La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, Cr, Au, Pt, Re, Ru, and Ir.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 고정상 반응기 또는 유동층 반응기에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 프로필렌의 전환율이 70%이상이며, 에틸렌의 선택성이 60%이상일 수 있다.The process for producing the selective ethylene from the propylene of the present invention can be carried out in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor, and preferably the conversion of propylene is 70% or more and the selectivity of ethylene is 60% or more.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법은 산으로 처리되어 산성도가 제어된 ZSM-5 촉매를 사용하여 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성이 매우 높다.The process for selectively producing ethylene from propylene of the present invention is very high in propylene conversion and ethylene selectivity using ZSM-5 catalysts treated with acid and controlled in acidity.
나아가 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌의 제조방법은 특정범위의 산성도를 가지는 ZSM-5 및 제어된 특정반응조건 하에서 프로필렌을 반응시킴으로써 프로필렌의 전환율이 높고 제조되는 에틸렌의 선택성을 획기적으로 높인다.Further, the process for producing ethylene from propylene of the present invention significantly improves the selectivity of ethylene to be produced by reacting propylene under specific controlled reaction conditions with ZSM-5 having a specific range of acidity and a controlled range.
따라서, 아시아-태평양 지역에서 최근 낮은 유가로 인해 납사 크래커의 가동율이 높아 수요에 대비하여 프로필렌이 대량 생산되고 있으며, 값싼 천연가스 (대부분 프로판)로부터 프로필렌을 제조하는 on-purpose 공정인 PDH 및 석유대체 또는 비석유유래 원료인 메탄올을 이용한 MTP공정이 새롭게 건설되고 운영됨으로써 지역적인 수요에 비한 과도한 프로필렌의 생산되고 있어 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 낮은 가격의 프로필렌으로부터 높은 가격의 에틸렌을 선택적으로 생산할 수 있으므로 에틸렌-프로필렌의 수요-공급의 불균형을 경제적으로 해소할 수가 있는 효과를 가진다.Thus, the recent low oil prices in the Asia-Pacific region have led to high production rates of naphtha crackers, resulting in massive production of propylene for demand, and PDH and petroleum substitution, an on-purpose process for the production of propylene from cheap natural gas (mostly propane) Or a non-petroleum raw material, methanol is used to produce an excess of propylene compared to local demand, since the MTP process is newly constructed and operated. Therefore, the process for producing the selective ethylene from the propylene of the present invention is characterized in that a high- It is possible to economically solve the imbalance in demand-supply of ethylene-propylene.
도 1은 본 발명의 실시예 4에서 각각 제조된 각각의 촉매의 약 산성도, 강 산성도 및 총 산성도를 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명의 실시예 5 및 비교예 1의 프로필렌 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 5 및 비교예 1의 에틸렌의 수율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 6의 Si/Al2몰 비율에 따른 에틸렌의 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 7의 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 8의 부분압에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 그래프이며,
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조된 산으로 처리된 ZSM-5의 존재 하에 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the weak acidity, the strong acidity and the total acidity of each catalyst prepared in Example 4 of the present invention,
2 is a graph showing propylene conversion and ethylene selectivity in Example 5 and Comparative Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing the yield of ethylene in Example 5 and Comparative Example 1 of the present invention.
4 is a graph showing the selectivity of ethylene according to the Si / Al 2 molar ratio in Example 6 of the present invention.
5 is a graph showing the propylene conversion and ethylene selectivity of Example 7 of the present invention.
6 is a graph showing the conversion of propylene and the selectivity of ethylene according to the partial pressure of Example 8 of the present invention,
Figure 7 is a graph showing the effect of the acid treated ZSM-5 prepared in Examples 1 to 4 of the present invention Propylene conversion and ethylene selectivity. Fig.
본 발명은 산으로 처리하여 산성도가 제어된 ZSM-5 존재 하 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은,The present invention provides a method for producing ethylene with high selectivity from propylene in the presence of ZSM-5 having acidity controlled by treatment with an acid,
산으로 처리되어 약 산성도가 0.09mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.45mmol/g-촉매 이하인 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌을 반응시켜 에틸렌을 제조하는 단계를 포함한다.Acid to produce ethylene by reacting propylene under a ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.09 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.45 mmol / g-catalyst or less.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 공정의 촉매로 산으로 처리하여 특정범위를 산성도를 가지도록 제어된 ZSM-5 촉매를 사용하며, 산처리되어 제어된 산성도를 가지는 ZSM-5 촉매를 프로필렌과 접촉 반응시켜 높은 전환율 및 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있으며, 통상적인 올레핀의 열분해에 의한 여러 부산물로 얻어지는 올레핀의 제조가 아닌 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 얻을 수 있는 방법이다.The process for producing the selective ethylene from propylene of the present invention is a catalyst of a process for selectively producing ethylene from propylene, using a ZSM-5 catalyst controlled to have an acidity in a specific range by treatment with acid, Can be produced by reacting a ZSM-5 catalyst having a ZSM-5 catalyst with propylene at a high conversion and selectivity, and it is possible to obtain ethylene with high selectivity from propylene, rather than the production of olefins obtained from various by- Method.
나아가 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 ZSM-5 촉매를 특정한 산으로 처리하여 ZSM-5 촉매를 탈알루미늄화(dealumination)시킴으로써 선택적으로 약산점을 제거하여 프로필렌의 전환율을 높이는 동시에 에틸렌의 선택성을 향상시킬 수 있다.Further, the process for producing selective ethylene from propylene according to the present invention is characterized in that the ZSM-5 catalyst is treated with a specific acid to selectively deal with the weak acid point by dealumination of the ZSM-5 catalyst to increase the conversion of propylene, Can be improved.
다시 말해 ZSM-5 촉매를 비롯하여 제올라이트는 전자밀도가 높은 부분과 낮은 부분이 생성되어 강산세기를 보이나 Si/Al2몰 비가 낮을수록 전자밀도가 높은 자리와 전자밀도가 낮은 자리가 가까이 존재하게 됨에 따라 강한 산점을 형성하기 어려워 약 산성도가 높다.In other words, zeolite, including ZSM-5 catalyst, has strong and strong electron-dense and low-density portions, but as the Si / Al 2 molar ratio is low, It is difficult to form strong acid sites, and the acidity is weak.
즉, 제올라이트에서 bridged Si-O-Al의 밀도가 높으면 약 산성도가 증가하는 반면 Isolated Si-O-Al의 밀도가 증가하면 약 산성도가 선택적으로 감소된다.That is, when the density of the bridged Si-O-Al is high, the acidity of the zeolite is increased, while when the density of the isolated Si-O-Al is increased, the acidity is selectively decreased.
본 발명의 발명자들은 ZSM-5 촉매를 산으로 처리하여 Isolated Si-O-Al의 밀도가 증가(dealumination)하고 이에 따라 약 산성도가 선택적으로 감소함에 따라 높은 전환율 및 선택성으로 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조할 수 있음을 발견하여 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have found that ethylene can be prepared from propylene with high conversion and selectivity as the ZSM-5 catalyst is treated with an acid to deal with the density of isolated Si-O-Al, And completed the invention.
즉, 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 ZSM-5 촉매에 산을 처리함으로써 약 산성도 및 강 산성도를 선택적으로 제어함으로써 높은 수율 및 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있다.That is, in the method of producing ethylene from propylene of the present invention, ethylene can be produced with high yield and selectivity by selectively controlling the acidity and strong acidity by treating the ZSM-5 catalyst with an acid.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 종래의 방법과 달리 놀랍도록 향상된 선택성 및 단순한 공정으로 에틸렌을 얻을 수 있어 매우 경제적이며, 이미 다양한 방법이 공지된 에틸렌으로부터 프로필렌을 제조하는 방법과 대비하여 놀랍도록 향상된 전환율 및 선택성을가지며, 이러한 본 발명의 프로필렌으로부터 에틸렌을 선택적으로 제조하는 방법은 에틸렌 및 프로필렌의 공급불균형을 해소할 수 있다.The process for producing the selective ethylene from the propylene of the present invention is remarkably economical because it can obtain ethylene with remarkably improved selectivity and simple process unlike the conventional process and is surprising in comparison with the process for producing propylene from ethylene, And the method of selectively producing ethylene from propylene of the present invention can solve the supply imbalance of ethylene and propylene.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 산은 암모늄헥사플루오로실리케이트, 염산, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 어느 하나 또는 둘이상일 수 있으며, 잘 제어된 산성도를 가져 에틸렌의 선택성을 높이기위한 측면에서 보다 바람직하게는 암모늄헥사플루오로실리케이트일 수 있다.Preferably, the acid according to an embodiment of the present invention may be any one or two or more selected from ammonium hexafluorosilicate, hydrochloric acid, oxalic acid and ammonium fluoride and has a well-controlled acidity and is more preferable in terms of increasing the selectivity of ethylene May be ammonium hexafluorosilicate.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조에 사용되는 특정촉매는 ZSM-5로 일반적인 제올라이트 촉매인 ZSM-11, ZSM-22, HY, SSZ-13, SAPO-34, SAPO-11, mordenite 및 beta와 달리 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 놀랍도록 향상시키며, 나아가 산, 특히 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리하여 산성도를 제어함으로써 더욱더 전환율 및 선택성을 향상시킨다.Specific catalysts used in the preparation of propylene from the propylene of the present invention are ZSM-5, which is different from zeolite catalysts ZSM-11, ZSM-22, HY, SSZ-13, SAPO-34, SAPO-11, mordenite and beta The conversion of propylene and the selectivity of ethylene are remarkably improved, and furthermore, the acidity is controlled by treating with an acid, especially ammonium hexafluorosilicate, to further improve conversion and selectivity.
본 발명의 브뢴스테드 산성도 및 루이스 산성도는 피리딘 흡착실험(50 내지 150℃)으로 측정하여 얻어진 값이다.The Bronsted acidity and Lewis acidity of the present invention are values measured by pyridine adsorption experiments (50 to 150 DEG C).
본 발명의 강산성도 및 약산성도는 암모니아 흡착실험(25 내지 900℃)으로 측정하여 얻어진 값이다.The strong acidity and weak acidity of the present invention are values measured by ammonia adsorption experiments (25 to 900 DEG C).
바람직하게는 ZSM-5의 Si/Al2몰 비율은 23 내지 80 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게 30 내지 80, 더욱 좋기로는 30초과 내지 80미만일 수 있다.Preferably, the Si / Al 2 molar ratio of ZSM-5 can be 23 to 80 or less, more preferably 30 to 80, even more preferably 30 to less than 80.
본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5촉매는 산, 특히 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리하여 산성도를 제어한다.The ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention is treated with an acid, especially ammonium hexafluorosilicate, to control the acidity.
바람직하게 ZSM-5 촉매내의 연결된 (bridged) Si-O-Al에 의한 적절한 산점조절로 인해 과도한 탄화수소의 크래킹 반응 또는 올레핀의 올리고머화 및 방향족화를 통해 부생성물의 생성을 감소시키고 ZSM-5촉매 기공속에 코크 침적에 의한 촉매 수명이 저하, 열적 및 수열 안정성을 저하시키기 않기 위한 측면과 ZSM-5내의 실리카와 이웃한 알루미늄으로 인해 생성되는 ZSM-5 산점이 적절히 유지가 되어 촉매 활성이 낮아지는 것을 억제시켜 프로필렌의 전환율 및 에틸렌을 선택성을 보다 높이기 위한 측면에서 ZSM-5의 Si/Al2몰 비율은 23 내지 100일 수 있으며, 좋기로는 30 내지 80, 바람직하게는 30초과 내지 80일 수 있으며, 보다 바람직하게 50 내지 80일 수 있다. Preferably, the adjustment of the appropriate acid sites by the bridged Si-O-Al in the ZSM-5 catalyst reduces the formation of by-products through excessive hydrocarbon cracking or oligomerization and aromatization of the olefins, and ZSM- And the ZSM-5 acid sites generated by the neighboring aluminum in the ZSM-5 are appropriately maintained to inhibit the catalyst activity from being lowered. The Si / Al 2 molar ratio of ZSM-5 may be from 23 to 100, preferably from 30 to 80, more preferably from 30 to 80, in view of increasing propylene conversion and ethylene selectivity, And more preferably from 50 to 80. [
바람직하게 본 발명의 ZSM-5 촉매는 0.005몰 내지 0.5몰의 산으로 처리된 것일 수 있으며, 우수한 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 가지기위한 측면에서 0.05몰 내지 0.25몰의 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리된 것일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst of the present invention may be treated with from 0.005 mol to 0.5 mol of the acid and treated with 0.05 mol to 0.25 mol of ammonium hexafluorosilicate in order to have an excellent propylene conversion and ethylene selectivity .
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 에틸렌의 제조방법에서 ZSM-5 촉매는 본 발명의 일 실시예에 따른 약 산성도는 0.025 내지 0.085mmol/g 촉매, 바람직하게는 0.025 내지 0.085mmol/g 촉매이며, 강 산성도가 0.18 내지 0.45mmol/g 촉매일 수 있으며, 더욱 바람직하게 약 산성도는 0.03 내지 0.07mmol/g 촉매이며, 강 산성도가 0.20 내지 0.41mmol/g 촉매일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst in the process for preparing selective ethylene according to an embodiment of the present invention has a weak acidity according to an embodiment of the present invention is 0.025 to 0.085 mmol / g catalyst, preferably 0.025 to 0.085 mmol / g catalyst And a strong acidity of 0.18 to 0.45 mmol / g, more preferably a weak acidity of 0.03 to 0.07 mmol / g of catalyst, and a strong acidity of 0.20 to 0.41 mmol / g of catalyst.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 강산성도/약산성도의 비 즉, 강산성도를 약산성도로 나눈 비가 4.0 내지 8.0일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may have a ratio of strong acidity / weak acidity, that is, a ratio of weak acidity to weak acidity of 4.0 to 8.0.
나아가 본 발명의 브뢴스테드 산성도는 1.5mmol/g-촉매 이하이며, 루이스 산성도가 0.010mmol/g-촉매 이하인, 전체 산성도가 0.22 내지 0.55mmol/g-촉매일 수 있으며, 바람직하게 브뢴스테드 산성도는 0.10 내지 0.16mmol/g-촉매 이하이며, 루이스 산성도가 0.05 내지 0.008mmol/g-촉매 이하인, 전체 산성도가 0.25 내지 0.48mmol/g-촉매일 수 있다.Further, the Bronsted acidity of the present invention may be not more than 1.5 mmol / g-catalyst, the Lewis acidity is not more than 0.010 mmol / g-catalyst, the total acidity may be in the range of 0.22 to 0.55 mmol / g-catalyst, preferably the Bronsted acidity Catalyst may be 0.10 to 0.16 mmol / g-catalyst or less and a Lewis acidity of 0.05 to 0.008 mmol / g-catalyst or less and a total acidity of 0.25 to 0.48 mmol / g-catalyst.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 보다 향상된 에틸렌의 선택성을 높이기위한 측면에서 제어된 산성도뿐만 아니라 제어된 반응조건으로 진행될 수 있다.The process for preparing the selective ethylene from propylene of the present invention can proceed with controlled reaction conditions as well as controlled acidity in order to improve the selectivity of ethylene.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조하기위한 제어된 반응은 550 내지 600℃의 온도, 1 내지 10KPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:1 내지 1:30의 프로필렌과 질소 희석 비율(부피비)에서 수행될 수 있다.1 to 1:30. This controlled reaction for the production of ethylene from propylene optionally in the invention is 550 to 600 ℃ temperature, of from 1 to 10KPa pressure, 0.1 to 10 hr -1, the propylene weight hourly space velocity of 1 and Propylene and nitrogen dilution ratio (volume ratio).
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 이러한 제어된 특정범위의 산성도를 가지는 특정 촉매인 ZSM-5 및 특정범위의 반응조건을 동시에 만족하여 프로필렌의 전환율 및 에틸렌을 선택성을 극히 향상시킨다.The preparation process according to an embodiment of the present invention simultaneously satisfies ZSM-5, a specific catalyst having an acidity of such a controlled specific range, and a specific range of reaction conditions, thereby greatly improving the propylene conversion and ethylene selectivity.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5일 수 있으며, ZSM-5는 La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru 및 Ir에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 담지된 것일 수 있다.Preferably, the ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be H-ZSM-5, and ZSM-5 may be one selected from the group consisting of La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, Cr, Au, Pt, Re, Ru, and Ir.
본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 고정상 반응기 또는 유동층 반응기에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 프로필렌의 전환율이 60%이상이며, 에틸렌의 선택성이 50%이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 프로필렌의 전환율이 70%이상이며, 에틸렌의 선택성이 60%이상일 수 있다.The process for producing the selective ethylene from propylene of the present invention can be carried out in a fixed-bed reactor or a fluidized bed reactor, and preferably the conversion of propylene is 60% or more, the selectivity of ethylene is 50% or more, The conversion rate is 70% or more, and the selectivity of ethylene may be 60% or more.
구체적으로 본 발명의 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법에서 에틸렌은 프로필렌의 전환율이 특정수치 이상으로 한정하여 수식으로 얻어진 값이며, 이러한 수식은 하기 실시예에 기재하였다.Specifically, in the process for producing the selective ethylene from the propylene of the present invention, the conversion of propylene into ethylene is limited to a specific value or higher and is a value obtained by the formula, and these formulas are described in the following examples.
프로필렌을 선택적으로 분해하는 방법은 ZSM-5 촉매를 비롯하여 제올라이트는 전자밀도가 높은 부분과 낮은 부분이 생성되어 강산세기를 보이나 Si/Al2몰 비가 낮을수록 전자밀도가 높은 자리와 전자밀도가 낮은 자리가 가까이 존재하게 됨에 따라 강한 산점을 형성하기 어려워 약 산성도가 높다.In the method of selectively decomposing propylene, the zeolite has stronger and stronger acidity as a result of the formation of the electron-dense portion and the lower portion of the ZSM-5 catalyst. However, the lower the Si / Al 2 molar ratio, the higher the electron density and the lower electron density The acidity of the acid is high because it is difficult to form a strong acid point.
즉, 제올라이트에서 bridged Si-O-Al의 밀도가 높으면 약 산성도가 증가하는 반면 Isolated Si-O-Al의 밀도가 증가하면 약 산성도가 선택적으로 감소된다.That is, when the density of the bridged Si-O-Al is high, the acidity of the zeolite is increased, while when the density of the isolated Si-O-Al is increased, the acidity is selectively decreased.
본 발명의 발명자들은 ZSM-5 촉매를 산으로 처리하여 Isolated Si-O-Al의 밀도가 증가(dealumination)하고 이에 따라 약 산성도가 선택적으로 감소함에 따라 높은 전환율 및 선택성으로 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조할 수 있음을 발견하여 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have found that ethylene can be prepared from propylene with high conversion and selectivity as the ZSM-5 catalyst is treated with an acid to deal with the density of isolated Si-O-Al, And completed the invention.
즉, 산, 바람직하게 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리한 ZSM-5 촉매의 경우에는 촉매의 구조내의 dealumination으로 적절한 산점을 나타내 프로필렌의 전환율을 높이는 동시에 에틸렌의 선택도를 증가시키는 역할을 하게 되는 것으로 판단된다. That is, in the case of the ZSM-5 catalyst treated with an acid, preferably ammonium hexafluorosilicate, the dealumination within the structure of the catalyst becomes an appropriate acid point, thereby increasing the conversion of propylene and increasing the selectivity of ethylene do.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에만 한정되는 것은 아니다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.
<촉매의 브뢴스테드 산성도 및 루이스 산성도 측정>≪ Measurement of Bronsted acidity and Lewis acidity of catalyst >
피리딘 흡착 실험을 윈도우가 장착된 확산 반사율 고온 챔버에서 행하였다(Spectra-Tech). 챔버는 가스 시스템과 연결되어 가스가 챔버를 통해 흐를 수 있고 챔버에서 가스가 흐르지 않게 비워둘 수 있다.The pyridine adsorption experiment was performed in a high-temperature chamber with a diffuse reflectance equipped with a window (Spectra-Tech). The chamber may be connected to a gas system to allow gas to flow through the chamber and to leave the chamber free of gas.
샘플을 미세 분말로 분쇄시키고 펠렛으로 만들어 챔버에 넣어 측정을 하였다. 샘플을 우선 250 ℃로 가열하고 적어도 1시간 동안 불활성 기체를 챔버를 통과시키면서 250℃로 유지하였다. 50℃ 냉각시킨 후, 피리딘 불활성 기체 혼합물을 약 5분 동안 챔버를 통과시켰다. 이후, 피리딘 흐름을 멈추었고 반면 불활성 기체의 흐름은 계속되게 하였고 이때 5분 동안 챔버를 통과한 피리딘의 양을 측정하였으며, 이후 약 12시간에 걸쳐 150℃로 불활성 기체의 흐름은 멈추지 않고 가열하였고, 물리적, 화학적 탈착된 피리딘의 양을 측정하였다. 브뢴스테드산 및 루이스산 부위(sites)에 흡수된 피리딘의 양을 50℃에서 흡수한 피리딘을 공지의 흡광계수에 해당하는 피리미디늄-밴드와 피리딘 루이스 산 밴드를 사용하여, 적외선 스펙트럼에서의 차이를 이용하여 결정하였다.The sample was pulverized into fine powder and made into pellets and placed in a chamber for measurement. The sample was first heated to 250 DEG C and held at 250 DEG C for at least 1 hour while passing inert gas through the chamber. After cooling to 50 < 0 > C, the pyridine inert gas mixture was passed through the chamber for about 5 minutes. Thereafter, the flow of the pyridine was stopped, while the flow of the inert gas was continued, and the amount of pyridine passed through the chamber for 5 minutes was measured. After that, the flow of inert gas was heated to 150 DEG C over about 12 hours, , And the amount of chemically desorbed pyridine was measured. The pyridine absorbed at 50 占 폚 by the amount of pyridine absorbed in the Bronsted acid and Lewis acid sites was measured by using the pyrimidinium-band and the pyridine-Lewis acid band corresponding to the known extinction coefficient, Using the difference.
<촉매의 강산성도, 약산성도 및 총산성도 측정><Strong acidity, weak acidity and total acidity of catalyst>
촉매의 강산성도와 약산성도를 측정하기 위해 사용한 분석 기술은 NH3-TPD (temperature-programmed desorption), 암모니아 승온 탈착법에 의한 산 세기 분포도로부터 측정하였다.The analytical techniques used to measure the strong acidity and weak acidity of the catalyst were measured from the acid intensity distribution chart by NH3-TPD (temperature-programmed desorption) and ammonia desorption desorption.
우선 상기 브뢴스테드 산성도 및 루이스 산성도 측정에서와 같이 샘플을 제조하고 500℃ 온도에서 60분 동안 샘플을 가열하여 전처리 한 후 100℃에서 30분간 암모니아를 흡착시킨 후 이를 He 가스 하에서 900℃까지 5℃/min의 속도로 승온하여 탈착되는 암모니아를 TCD 검출기(thermal conductivity detector)를 이용하여 측정하였다. 제올라이트 촉매의 산점의 양은 측정된 TPD 곡선을 디컨불루션(deconvolution)하여 계산한 결과로 약산점과 강산점의 양을 구하였으며, 총산성도는 두 산성도의 합이다.First, a sample was prepared as in the above-mentioned Bronsted acidity and Lewis acidity measurement, and the sample was pre-treated by heating at 500 ° C. for 60 minutes. After ammonia adsorption for 30 minutes at 100 ° C., / min and ammonia desorbed was measured using a TCD detector (thermal conductivity detector). The amount of the acid sites of the zeolite catalyst was determined by deconvolution of the measured TPD curves, and the amounts of weak acid sites and strong acid sites were calculated. The total acidity was the sum of the two acid sites.
<프로필렌 전환율 및 에틸렌의 선택성 계산>≪ Calculation of Propylene Conversion Rate and Ethylene Selectivity >
프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성은 하기 수식으로부터 계산하였다.The conversion of propylene and the selectivity of ethylene were calculated from the following formulas.
Cov. C3= denote conversion of C3=; MC3= to represents the mol of DMF at the initial time; M C3= is the mol of C3= at the desired reaction time; Selec. C2= denote the selectivity of product C2=; MC2= is the mol of product C2=; Yield C2 is yield of product C2=.Cov. C3 = denote conversion of C = 3; M C3 = to represents the mol of DMF at the initial time; MC 3 = is the mol of C 3 = at the desired reaction time; Selec. C 2 = denote the selectivity of product C 2 = ; M C2 = is the mol of product C 2 = ; Yield C2 is yield of product C2 = .
<실시예 1> 0.1M 옥살산으로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 1 Preparation of ZSM-5 Catalyst Treated with 0.1 M Oxalic Acid
ZSM-5 제올라이트(Zeolyst사, Si/Al2= 50, CBV 5524G ) 1g을 옥살산 0.1M 20ml를 첨가하여 상온에서 1시간동안 가열환류하여 반응시켰다. 이후 dry oven을 사용하여 6시간 건조 후, 상기 제조한 시료를 시간당 60℃ 승온 시켜 최종 550℃에서 5시간 동안 소성하여 0.1M 옥살산으로 처리된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.1 g of ZSM-5 zeolite (Zeolyst, Si / Al 2 = 50, CBV 5524G) was added to 20 ml of 0.1M oxalic acid, and the mixture was heated and refluxed at room temperature for 1 hour. After drying for 6 hours using dry oven, the prepared sample was heated at 60 ° C. for 5 hours at 550 ° C. to prepare a ZSM-5 catalyst treated with 0.1 M oxalic acid.
<실시예 2> 0.1M 불화암모늄으로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 2 Preparation of ZSM-5 Catalyst Treated with 0.1 M Ammonium Fluoride
실시예 1에서 옥살산 대신 불화암모늄을 사용하여 72시간 교반하여 최종 500℃에서 10시간 소성것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 0.1M 불화암모늄으로 처리된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.A ZSM-5 catalyst treated with 0.1M ammonium fluoride was prepared in the same manner as in Example 1, except that ammonium fluoride was used instead of oxalic acid in Example 1 and the mixture was stirred for 72 hours at a final temperature of 500 ° C for 10 hours.
<실시예 3> 0.1M 염산으로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 3: Preparation of ZSM-5 catalyst treated with 0.1 M hydrochloric acid
실시예 1에서 옥살산 대신 염산을 사용하여 85℃ 4시간 동안 가열환류 반응을 시킨 뒤 증류수로 씻어 400℃에서 6시간 소성을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 0.1M 염산으로 처리된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.In Example 1, hydrochloric acid instead of oxalic acid was used to conduct a heating and reflux reaction at 85 ° C for 4 hours, followed by washing with distilled water and firing at 400 ° C for 6 hours. The procedure of Example 1 was repeated to prepare a ZSM- 5 catalyst.
<실시예 4> 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 4: Preparation of ZSM-5 catalyst treated with ammonium hexafluorosilicate
ZSM-5 제올라이트(Zeolyst사, Si/Al2= 50, CBV 5524G ) 1g을 암모늄헥사플루오로실리케이트 0.1M 25ml를 첨가하여 90℃에서 3시간동안 가열환류하여 반응시켰다. 이후 반응혼합물을 dry oven을 사용하여 6시간 건조 후, 상기 제조한 시료를 500℃에서 5시간 동안 소성하여 암모늄헥사플루오로실리케이트 0.1M 로 처리된 ZSM-5 촉매를 제조하여, 본 실험에 사용하였다. 1 g of ZSM-5 zeolite (Zeolyst, Si / Al 2 = 50, CBV 5524G) was added to 25 ml of 0.1M ammonium hexafluorosilicate, and the mixture was reacted at 90 ° C for 3 hours under reflux. Thereafter, the reaction mixture was dried in a dry oven for 6 hours, and the prepared sample was calcined at 500 ° C. for 5 hours to prepare a ZSM-5 catalyst treated with ammonium hexafluorosilicate 0.1 M, and used in this experiment .
암모늄헥사플루오로실리케이트의 몰을 달리하여 암모늄헥사플루오로실리케이트가 0.005, 0.05, 0.25 0.5M 처리된 ZSM-5 촉매를 각각 제조하였다. ZSM-5 catalysts treated with ammonium hexafluorosilicate in an amount of 0.005, 0.05, 0.25 and 0.5 M were prepared, respectively, by changing the moles of ammonium hexafluorosilicate.
제조된 각각의 촉매는 약 산성도, 강 산성도 및 총 산성도를 도 1에 나타 내었으며, 브뢴스테드 산도, 루이스 산도 및 총산성도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.Each of the prepared catalysts had weak acidity, strong acidity and total acidity as shown in FIG. 1, and Bronsted acidity, Lewis acidity and total acidity were measured and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 5 및 비교예 1] 암모늄헥사플루오로실리케이트의 처리 농도에 따른 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조[Example 5 and Comparative Example 1] Production of ethylene from propylene under ZSM-5 catalyst according to the treatment concentration of ammonium hexafluorosilicate
본 발명의 실시예 4에서 각각 제조된 ZSM-5 촉매 및 암모늄헥사플루오로실리케이트를 처리하지 않은 ZSM-5 촉매 0.5g을 0.5 인치 고정층 반응기에 각각 충진한 후, 프로필렌을 상기 고정층 반응기로 주입하되, 550 ℃의 반응온도, 0.1MPa 및 중량공간속도(WHSV) 1.09 h-1, 프로필렌의 부분압력 0.0065MPa, total flow rate(프로필렌+질소) 70.6ml/min의 조건에서 반응을 수행하여 에틸렌을 제조하였으며, 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 도 2에 에틸렌의 수율을 도 3에 나타내었다.0.5 g of the ZSM-5 catalyst prepared in Example 4 of the present invention and 0.5 g of the ZSM-5 catalyst not treated with ammonium hexafluorosilicate were filled in a 0.5-inch fixed bed reactor, propylene was injected into the fixed bed reactor, Ethylene was prepared by carrying out the reaction at a reaction temperature of 550 ° C, 0.1 MPa and a WHSV of 1.09 h -1 , a partial pressure of propylene of 0.0065 MPa, and a total flow rate (propylene + nitrogen) of 70.6 ml / min , Propylene conversion and ethylene selectivity are shown in FIG. 2, and the yield of ethylene is shown in FIG.
도 2 및 도 3에서 보이는 바와 같이 본 발명의 ZSM-5 촉매가 암모늄헥사플루오로실리케이트를 처리하지 않은 비교예 1(도 2 그래프의 가장 왼쪽 막대그래프임)과 대비하여 프로필렌의 전화율과 에틸렌의 선택성이 높은 것을 알 수 있으며, 동시에 에틸렌의 수율이 높은 것을 알 수 있다.As can be seen in Figures 2 and 3, the ZSM-5 catalyst of the present invention is superior to Comparative Example 1 (which is the leftmost bar graph of Figure 2) in which ammonium hexafluorosilicate is not treated, And that the yield of ethylene is high at the same time.
[실시예 6] Si/Al2몰 비율에 따른 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조[Example 6] Production of ethylene from propylene according to Si / Al 2 molar ratio
실시예 5에서 촉매로 하기 표 2에서 기재된 바의 Si/Al2몰 비율이 상이한 ZSM-5 촉매를 암모늄헥사플루오로실리케이트(AHFS) 0.1M로 처리한 ZSM-5 촉매를 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 실시하여 그 결과를 표 2 및 도 4에 나타내었다.Except that ZSM-5 catalysts different in Si / Al 2 molar ratio as described in Table 2 below were used as ZSM-5 catalysts treated with 0.1 M ammonium hexafluorosilicate (AHFS), respectively, in Example 5 The results are shown in Table 2 and FIG. 4.
표 2 및 도 4에서 보이는 바와 같이 Si/Al2몰 비율에 따라 에틸렌의 선택성 및 수율이 현저하게 상이함을 알 수 있다.As shown in Table 2 and FIG. 4, the selectivity and the yield of ethylene are remarkably different depending on Si / Al 2 molar ratio.
[실시예 7] 온도에 따른 AHFS 처리된 ZSM-5 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조[Example 7] Production of ethylene from propylene under ZSM-5 catalyst treated with AHFS according to temperature
실시예 5에서 온도를 각각 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃ 및 650℃로 변경하는 것을 제외하고 실시예 5와 동일하게 AHFS 처리 한 ZSM-5를 이용하여 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하여 그 결과를 도 5에 기재하였다.Ethylene was prepared from propylene using ZSM-5 treated with AHFS in the same manner as in Example 5 except that the temperature was changed to 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C., 550 ° C., 600 ° C. and 650 ° C., respectively, The results are shown in Fig.
도 5에 나타낸 바와 같이 온도에 따라 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성의 차이가 나는 것을 알 수 있으며, 550℃ 에서 선택성 및 수율이 동시에 우수함을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the propylene conversion and ethylene selectivity differ depending on the temperature, and it can be seen that the selectivity and the yield are both excellent at 550 ° C.
[실시예 8] 부분압에 따른 AHFS 처리된 ZSM-5 촉매하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조[Example 8] Production of ethylene from propylene under ZSM-5 catalyst treated with AHFS according to partial pressure
실시예 5에서 온도를 도 5에 나타낸 바와 같이 부분압을 변경하는 것을 제외하고 실시예 5와 동일하게 실시하여 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하여 그 결과를 도 6에 기재하였다.Ethylene was prepared from propylene in the same manner as in Example 5, except that the partial pressure was changed in Example 5 as shown in Fig. 5. The results are shown in Fig.
도 6에 나타낸 바와 같이 프로필렌과 질소의 희석비율에 따라 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성의 확연히 차이가 나는 것을 알 수 있으며, 프로필렌과 질소의 희석비율이 1: 1 내지 1: 30에서 보다 우수한 전환율 및 선택성이 나타나는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the conversion of propylene and the selectivity of ethylene are significantly different depending on the dilution ratio of propylene and nitrogen. The dilution ratio of propylene and nitrogen is 1: 1 to 1: 30, The selectivity can be seen.
구체적으로 프로필렌의 주입량을 4.6ml/min으로 고정할 경우 질소투입량은 10 내지 150ml/min의 범위, 즉 프로필렌과 질소의 희석비율이 1 : 1 내지 32, 바람직하게 1: 1 내지 20 보다 바람직하게 1:4 내지 16.5에서 보다 우수한 전환율 및 선택성이 나타나는 것을 알 수 있다.Specifically, when the injection amount of propylene is fixed at 4.6 ml / min, the nitrogen input amount is in the range of 10 to 150 ml / min, that is, the dilution ratio of propylene and nitrogen is 1: 1 to 32, preferably 1: : 4 to 16.5 shows better conversion and selectivity.
[실시예 9] 염산, 옥살산 및 불화암모늄으로 각각 처리된 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌으로부터 에틸렌의 제조[Example 9] Production of ethylene from propylene under ZSM-5 catalyst treated with hydrochloric acid, oxalic acid and ammonium fluoride, respectively
실시예 5에서 암모늄헥사플루오로실리케이트 대신 실시예 1 내지 3에서 각각 제조된 ZSM-5 촉매를 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 실시하여 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.Ethylene was prepared from propylene in the same manner as in Example 5 except that the ZSM-5 catalyst prepared in each of Examples 1 to 3 was used in place of ammonium hexafluorosilicate in Example 5, Respectively.
도 7에서 보이는 바와 같이 산으로 처리되어 산성도가 제어된 ZSM-5 촉매 하에 프로필렌으로부터 에틸렌을 선택적으로 제조할 수 있음을 알 수 있으며, 나아가 다양한 산중에서도 특히 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리된 ZSM-5 촉매하에서 가장 높은 선택성 및 수율로 에틸렌을 제조할 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that ethylene can be selectively prepared from propylene under an acid-treated ZSM-5 catalyst treated with an acid. Further, among various acids, ZSM-5 treated with ammonium hexafluorosilicate Ethylene can be produced with the highest selectivity and yield under the catalyst.
Claims (11)
상기 산은 염산, 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the acid is selected from propylene, one or two phases selected from hydrochloric acid, ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride.
상기 ZSM-5 촉매는 Si/Al2몰 비율이 30 내지 80인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the ZSM-5 catalyst is selected from propylene having a Si / Al 2 molar ratio of 30 to 80.
상기 ZSM-5 촉매는 0.005 내지 0.5몰의 산으로 처리된 것인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein said ZSM-5 catalyst is treated with 0.005 to 0.5 moles of an acid.
상기 약 산성도는 0.029 내지 0.084mmol/g-촉매이며, 강 산성도가 0.18 내지 0.45mmol/g-촉매인 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the weak acidity is from 0.029 to 0.084 mmol / g of catalyst and the acidity of acidity is from 0.18 to 0.45 mmol / g of catalyst.
상기 ZSM-5 촉매는 강산성도/약산성도가 4.0 내지 8.0인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein said ZSM-5 catalyst is selected from propylene having a strong acidity / weak acidity degree of 4.0 to 8.0.
상기 반응은 550 내지 600℃의 온도, 1 내지 15KPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:1 ~ 1:35의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행되는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the reaction is carried out at a temperature of from 550 to 600 占 폚, atmospheric pressure of from 1 to 15 KPa, a weight hourly space velocity of propylene of from 0.1 to 10 hours -1 and propylene and nitrogen dilution ratios of from 1: 1 to 1:35, ≪ / RTI >
상기 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein said ZSM-5 catalyst is H-ZSM-5.
상기 ZSM-5는 La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru 및 Ir에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 담지된 것을 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
The ZSM-5 is characterized in that one or two or more selected from among La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, Ce, Cr, Au, Pt, Re, ≪ / RTI > by weight of propylene.
상기 단계는 고정상 반응기 또는 유동층 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein said step is carried out in a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor.
상기 제조방법은 프로필렌의 전환율이 70%이상이며, 에틸렌의 선택성이 60%이상인 프로필렌으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.The method according to claim 1,
The production process is characterized in that the conversion of propylene is 70% or more, and the selectivity of ethylene is 60% or more.
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