KR20190131447A - Method for selective ethylene production from propane - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for manufacturing selective ethylene from propane, and more particularly, provides the method for producing ethylene from propane with high selectivity with a ZSM-5 catalyst having a controlled specified range of acidity. The method for selectively manufacturing ethylene from propane according to an embodiment of the present invention can produce ethylene with excellent selectivity.

Description

프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법{Method for selective ethylene production from propane}Method for selective ethylene production from propane

본 발명은 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조 하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로판의 탈수소화공정으로 얻어진 프로필렌을 특정한 제올라이트 촉매 및 특정조건하에서 프로필렌으로부터 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for the selective production of ethylene from propane, and more particularly, to a process for producing ethylene with high selectivity from propylene under certain conditions and with specific zeolite catalysts for the propylene obtained by the dehydrogenation of propane.

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 currently the main bulk chemicals in the petrochemical market and are important raw materials used in the manufacture of various chemical products such as plastics, synthetic rubber, packaging, textiles, building materials, furniture, and the like. Because of these diverse applications, the use of ethylene and propylene in the global 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 the ethylene is used in the production of polyethylene and ethylene copolymers worldwide. In addition, ethylene, hydration, oligomerization, hydroformylation, etc. Through chemical reactions, it is very important for chemical industry and is supplied with various raw compounds.

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 스팀크래킹 공정이 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. In the petrochemical industry, there are various routes to produce these light olefins, but steams for producing olefins by pyrolysing hydrocarbon raw materials such as gas raw materials (ethane, propane) and liquid raw materials (naphtha, gas oil) at high temperature with steam. The cracking process is the most commonly used process. The yield of the product obtained through this steam cracking is largely determined according to the hydrocarbon raw materials used. In the case of ethane crackers using ethane as a raw material, ethylene is mainly produced (about 83% yield), and a little fuel oil is produced. Obtained as a byproduct.

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, naphtha crackers, which currently account for the largest number of crackers operating in the world for olefin production, can obtain C4 fraction, BTX aromatic fraction and other fuels as light by-products other than ethylene and propylene, which are ethylene 32% The yield is about 16%.

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. Although the amount of ethylene produced in the petroleum-derived naphtha cracking process, which is the most olefin-making process, is about 2 times higher than that of propylene production, the type of hydrocarbon raw materials used and the process applied differ from region to region. Due to the different kinds of industries that use light olefins to produce chemicals, the price gap between ethylene and propylene is inevitably caused by regional demand and supply, such as the United States, Europe, China, and Asia.

따라서, 이러한 지역적인 에틸렌과 프로필렌사이의 경질올레핀 공급-수요 균형을 맞추기 위하여 올레핀 상호전환 (olefin interconversion)기술의 개발이 필요하다.Therefore, the development of olefin interconversion technology is needed to balance this regional demand for light olefins supply-demand between ethylene and propylene.

이와 같은 올레핀 상호전환(interconversion) 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.In this olefin interconversion study, the propylene production process (Ethylene-to-Propylene, ETP) has been extensively studied from ethylene due to the expectation that the price and demand of propylene will be relatively higher than that of ethylene. .

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(Propane De-Hydrogenation) 및 MTP(methanol- to-propylene)와 같이 다양하고, 많은 프로필렌 공급원들이 있기때문에 프로필렌 가격이 에틸렌의 가격보다 상대적으로 저렴한 상황이다. In recent years, however, many new ethane crackers have been supplied in the United States to use shale gas, a gaseous feedstock, but in Asia, as well as high demand for ethylene, naphtha crackers, propane de-hydrogenation (PDH) and MTP. Because of the many different sources of propylene, such as methanol-to-propylene, propylene is relatively cheaper than ethylene.

따라서 아시아 지역에서 선택적으로 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 공정(Propylene-to-Ethylene, PTE)의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a process for selectively converting propylene to ethylene (Propylene-to-Ethylene, PTE) in Asia.

PTE 관련 기술로는 1960년대에 올레핀 복분해 반응을 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.  In the 1960s, a triolefin process using olefin metathesis was developed and commercialized. This metathesis reaction uses a heterogeneous catalyst in which tungsten oxide is supported on a silica support, and theoretically converts 2 moles of propylene into one ethylene and 2-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 order to maximize the ethylene yield in the process using metathesis reaction, since the ethylene one-pass selectivity is less than 35.3% in propylene self-metathesis reaction, the selectivity of ethylene is not high. The metathesis reactors of the raw material propylene and the main by-product butene and the reactors which decompose variously produced hydrocarbons must be composed essentially in series. Commercialization of selective ethylene production from propylene via metathesis routes has been discontinued for reasons such as such.

따라서 에틸렌을 제조하기위한 새로운 공정이 필요한 실정이다.Therefore, a new process for producing ethylene is needed.

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.  Zeolites, on the other hand, have been used as solid acid catalysts in many catalytic processes in the chemical industry because of their unique shape selectivity and adjustable acid point. In particular, these features have led to high efficiencies in oil refinery 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. Zeolites as catalysts in ethylene production have mostly been used as additional processes in the overall process for improving the yield of light olefins, and ethylene is obtained through catalytic cracking of the reaction intermediates olefins and hydrocarbons. Ethylene selectivity was reported as low as 12-30% in this catalyst cracking.

따라서, 선택적으로 에틸렌을 제조하기 위해서는 기존 기술 및 촉매를 적용하는 것은 한계가 있으며, 이를 개선할 새로운 공정이 요구된다.Therefore, there is a limit to applying existing technologies and catalysts to selectively prepare ethylene, and a new process to improve this is required.

국제공개특허공보 제2005-014169호International Publication No. 2005-014169

본 발명은 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 프로판의 탈수소화공정으로 제조된 프로필렌함유 혼합물을 제어된 범위의 산성도를 가지는 특정한 촉매와 접촉시켜 높은 선택성으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a process for the selective production of ethylene from propane, the process for producing ethylene with high selectivity by contacting a propylene containing mixture prepared by the dehydrogenation of propane with a specific catalyst having a controlled range of acidity. to provide.

본 발명은 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법의 첫 번째 양태는,The present invention provides a method for selectively producing ethylene from propane, the first aspect of the method for selectively producing ethylene from propane according to an embodiment of the present invention,

a) 크롬계 또는 백금계 촉매 하에 프로판을 포함하는 공급원료를 탈수소화시켜 프로필렌함유 혼합물을 얻는 단계; 및 a) dehydrogenating a feedstock comprising propane under a chromium-based or platinum-based catalyst to obtain a propylene-containing mixture; And

b) 상기 단계에서 얻어진 프로필렌함유 혼합물을 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매와 접촉시켜 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 단계;를 포함한다.b) contacting the propylene-containing mixture obtained in the step above with an acid treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst or less to convert propylene into ethylene; It includes.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌을 제조하는 방법의 두 번째 양태는,A second aspect of the process for preparing selective ethylene from propane according to one embodiment of the present invention,

크롬계 또는 백금계 촉매; 및 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매;가 포함된 반응기에 프로판을 포함하는 공급원료를 첨가하여 상기 프로판을 포함하는 공급원료를 상기 크롬계 또는 백금계 촉매 및 상기 산 처리된 ZSM-5 촉매와 접촉시켜 프로판으로부터 에틸렌을 제조하는 단계를 포함한다.Chromium-based or platinum-based catalysts; And an acid-treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst or less; and adding a feedstock including propane to the reactor including the propane. Contacting a feedstock with the chromium-based or platinum-based catalyst and the acid treated ZSM-5 catalyst to produce ethylene from propane.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 약 산성도는 0.040 내지 0.110mmol/g-촉매이며, 강 산성도는 0.200 내지 0.410mmol/g-촉매일 수 있으며, 강산성도/약산성도가 10 내지 8.0일 수 있다.Preferably, the acid treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may have a weak acidity of 0.040 to 0.110 mmol / g-catalyst, a strong acidity of 0.200 to 0.410 mmol / g-catalyst, and a strong acidity / weak acidity. Degrees can be 10 to 8.0.

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 인산화합물로 처리되어 0.5 내지 5중량%의 인이 담지된 것일 수 있으며, 일 실시예에 따른 인산화합물은 인산, 제1인산암모늄염, 제2인산암모늄염, (C1-C10)알킬아인산 및 (C1-C10)알킬인산염에서 선택되는 하나 또는 둘 이상에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 화합물일 수 있다.The acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be treated with a phosphoric acid compound to support 0.5 to 5% by weight of phosphorus. The phosphoric acid compound according to the embodiment may include phosphoric acid, first ammonium phosphate salt, It may be one or two or more compounds selected from one or two or more selected from diammonium phosphate salt, (C1-C10) alkyl phosphorous acid and (C1-C10) alkyl phosphate.

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 염산, 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 산으로 처리된 것일 수 있으며, 이때 ZSM-5 촉매에 처리되는 산은 0.005 내지 0.5몰일 수 있다.The acid treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may be treated with one or more acids selected from hydrochloric acid, ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride, wherein the ZSM-5 catalyst is treated with The acid to be made may be from 0.005 to 0.5 moles.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 Si/Al2몰 비율이 23 내지 280일 수 있다.Preferably, the acid-treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may have a Si / Al 2 molar ratio of 23 to 280.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬계 촉매는 Cr2O3/Al2O3이며, 백금계 촉매는 Pt-Sn/Al2O3일 수 있다.Preferably the chromium-based catalyst according to an embodiment of the present invention is Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 , the platinum catalyst may be Pt-Sn / Al 2 O 3 .

바람직하게 본 발명의 첫 번째 양태의 일 실시예에 따른 b)단계는 550 내지 610℃의 온도, 0.01 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.001 내지 0.125의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행될 수 있다.Preferably step b) according to an embodiment of the first aspect of the invention is a temperature of 550 to 610 ℃, atmospheric pressure of 0.01 to 1MPa, hourly weight space velocity of propylene of 0.1 to 10 hours -1 and 1: 0.001 to 0.125 At a dilution ratio of propylene and nitrogen.

바람직하게 본 발명의 첫 번째 양태의 일 실시예에 따른 탈수소화는 500 내지 610℃의 반응 온도에서 상기 프로판을 포함하는 공급원료의 중량공간속도(WHSV) 1 내지 15h-1조건으로 수행될 수 있다.Preferably dehydrogenation according to an embodiment of the first aspect of the present invention may be carried out at a weight space velocity (WHSV) of 1 to 15h -1 conditions of the feedstock containing the propane at a reaction temperature of 500 to 610 ℃. .

본 발명의 두 번째 양태의 일 실시예에 따른 단계는 550 내지 610℃의 온도, 0.01 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.5 내지 1.5의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행될 수 있다.The step according to one embodiment of the second aspect of the present invention comprises a temperature of 550 to 610 ° C., a pressure of 0.01 to 1 MPa, an hourly space velocity of propylene of 0.1 to 10 hours −1 and propylene and nitrogen of 1: 0.5 to 1.5 It may be carried out at a dilution ratio.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법은 프로판의 탈수소화에 의해 제조된 프로필렌을 특정한 범위의 산성도를 가지는 산 처리된 ZSM-5를 촉매로 사용함으로써 우수한 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있다.The method for selectively producing ethylene from propane according to an embodiment of the present invention uses propylene produced by dehydrogenation of propane as an catalyst using acid treated ZSM-5 having a specific range of acidity as a catalyst, thereby providing ethylene with excellent selectivity. It can manufacture.

따라서 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 낮은 가격의 프로판으로부터 높은 가격의 에틸렌을 높은 선택성 및 수율로 생산할 수 있어 매우 경제적이다.Therefore, the process for producing selective ethylene from propane of the present invention is very economical because it can produce high price ethylene from low price propane with high selectivity and yield.

또한 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 기존의 프로판의 탈수소화에 의해 제조되는 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조할 수 있어 기존의 프로판의 탈수소화공정에 용이하게 적용 가능함으로써 상용화에 매우 유리하다.In addition, the method for producing selective ethylene from the propane of the present invention can be selectively produced in propylene from the propylene produced by the dehydrogenation of the existing propane can be easily applied to the existing dehydrogenation process of propane is very advantageous for commercialization. .

또한 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 기존의 프로판 크래킹에 의한 에틸렌의 제조방법과 대비하여 현저하게 향상된 에틸렌 선택성, 프로판 전환율 및 수율로 에틸렌을 제조할 수 있다.In addition, the method for producing selective ethylene from the propane of the present invention can produce ethylene with significantly improved ethylene selectivity, propane conversion and yield compared to the conventional method for producing ethylene by propane cracking.

도 1은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 6에서 제조된 촉매의 XRD 패턴을 도 1에 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌을 제조하기 위한 반응장치의 모식도이다.
도 3은 온도에 따른 본 발명의 실시예 6의 프로판 전환율 및 에틸렌 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 공간속도에 따른 본 발명의 실시예 7의 프로판 전환율 및 에틸렌 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 부분압에 따른 본 발명의 실시예 9의 프로필렌 전환율 및 에틸렌 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 10의 프로필렌의 공간속도에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 11에서 프로필렌의 부분압에 따른 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 8, 실시예 12 및 비교예 3의 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 나타낸 그래프이다.
1 is a view showing the XRD pattern of the catalyst prepared in Example 1 and Example 6 of the present invention.
2 is a schematic diagram of a reactor for producing selective ethylene from propane of the present invention.
3 is a graph showing propane conversion and ethylene selectivity of Example 6 of the present invention with temperature.
4 is a graph showing propane conversion and ethylene selectivity of Example 7 according to the space velocity.
5 is a graph showing the propylene conversion and ethylene selectivity of Example 9 of the present invention according to the partial pressure.
6 is a graph showing the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to the space velocity of propylene of Example 10 of the present invention.
7 is a graph showing the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene according to the partial pressure of propylene in Example 11.
8 is a graph showing the conversion rate of propylene and selectivity of ethylene of Example 8, Example 12, and Comparative Example 3. FIG.

이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 이 때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated more concretely. Unless otherwise defined in the technical terms and scientific terms used at this time, have a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unnecessarily obscure the subject matter of the present invention in the following description Description of known functions and configurations that may be omitted.

본 발명에 기재된 알킬은 직쇄 또는 분지쇄를 모두 포함하며, 탄소수 1 내지 10의 탄화수소 라디칼 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 라디칼을 의미한다.Alkyl as described herein includes both straight and branched chains, meaning a hydrocarbon radical of 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrocarbon radical of 1 to 5 carbon atoms.

본 발명은 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 두가지 양태로 설명될 수 있다.The present invention provides a process for the selective production of ethylene from propane, wherein the process for producing the selective ethylene from propane of the present invention can be described in two aspects.

먼저 그 첫 번째 양태는 도 2의 오른쪽에 모식화된 바와 같이 PDH공정의 부산물로부터 얻어진 프로필렌을 포함하는 혼합물을 얻어 이를 PTE 공정 촉매와 반응시켜 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 시리즈(serise)공정이다. 시리즈 공정은 PDH공정과 PTE공정이 별도의 반응기에서 수행될 수 있다.First, the first embodiment is a series process in which a mixture containing propylene obtained from the by-product of the PDH process is obtained and reacted with a PTE process catalyst to selectively prepare ethylene from propane as illustrated on the right side of FIG. 2. . The PDH process and the PTE process may be performed in separate reactors.

두 번째 양태는 도 2의 왼쪽에 모식화된 바와 같이 PDH공정 촉매 및 PTE 공정촉매가 포함된 반응기내에 프로판을 포함하는 공급원료를 PDH공정 촉매 및 PTE 공정 촉매와 접촉함으로써 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 캐스캐이드(cascade) 공정이다.The second embodiment selectively produces ethylene from propane by contacting a feedstock comprising propane in a reactor containing a PDH process catalyst and a PTE process catalyst with a PDH process catalyst and a PTE process catalyst as outlined on the left side of FIG. It is a cascade process.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법의 첫 번째 양태는 serise공정으로,The first embodiment of the method for producing selective ethylene from propane according to an embodiment of the present invention is a serise process,

a) 실리카 크롬촉매 하에 프로판을 포함하는 공급원료를 탈수소화시켜 프로필렌함유 혼합물을 얻는 단계; 및 a) dehydrogenating a feedstock comprising propane under a silica chromium catalyst to obtain a propylene containing mixture; And

b) 상기 단계에서 얻어진 프로필렌함유 혼합물을 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매와 접촉시켜 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 단계;를 포함한다.b) contacting the propylene-containing mixture obtained in the step above with an acid treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst or less to convert propylene into ethylene; It includes.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법의 두 번째 양태는,According to a second aspect of the method for preparing selective ethylene from propane according to one embodiment of the present invention,

실리카 크롬촉매 및 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매가 포함된 반응기에 첨가되는 프로판을 포함하는 공급원료를 상기 실리카 크롬촉매 및 상기 산 처리된 ZSM-5 촉매와 접촉시켜 프로판으로부터 에틸렌을 제조하는 단계;를 포함한다.A feedstock comprising a silica chromium catalyst and propane added to a reactor containing an acid treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst or less and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst of Contacting the catalyst and the acid treated ZSM-5 catalyst to produce ethylene from propane.

본 발명의 일 실시예에 따른 산처리된 ZSM-5 촉매의 강산성도와 약산성도는 NH3-TPD(temperature-programmed desorption, 암모니아 승온 탈착법), 500℃ 온도에서 60분 동안 샘플을 가열하여 전처리한 후 100℃에서 30분간 암모니아를 흡착시킨 후 이를 He가스 100℃에서 1시간 물리적으로 흡착된 암모니아 탈착하고 He 가스 하에서 900℃까지 5℃/min의 속도로 승온하여 탈착되는 암모니아를 TCD 검출기(thermal conductivity detector)를 이용하여 측정하여 얻어진 값이다.Strong acidity and weak acidity of the acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention is NH 3 -TPD (temperature-programmed desorption, ammonia temperature desorption method), pre-treated by heating the sample for 60 minutes at 500 ℃ temperature After adsorbing ammonia at 100 ° C. for 30 minutes, it was desorbed ammonia physically adsorbed at He gas at 100 ° C. for 1 hour and heated to a temperature of 5 ° C./min under He gas at 900 ° C. for TCD detector (thermal conductivity). This value is obtained by using a detector.

본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 기존의 프로판으로부터 프로필렌을 제조하는 PDH공정에서 제조된 프로필렌 함유 혼합물 또는 한 반응기 내에서 PDH공정을 거쳐 제조된 혼합물을 특정범위의 산성도를 가지는 특정촉매와 접촉시켜 프로필렌을 에틸렌으로 전환함으로써 높은 프로판 전환율로 놀랍도록 향상된 선택성 및 수율로 에틸렌을 제조할 수 있다.The process for producing selective ethylene from propane of the present invention is to contact a propylene-containing mixture prepared in a PDH process for producing propylene from a propane or a mixture prepared through a PDH process in a reactor with a specific catalyst having a specific range of acidity. By converting propylene to ethylene to produce ethylene with surprisingly improved selectivity and yield with high propane conversion.

또한 본 발명의 프로판으로부터 에틸렌의 선택적 제조방법은 기존의 PDH공정에 본 발명의 PTE공정을 조합시키거나 기존의 PDH공정에 본 발명의 PTE 공정을 포함시킴으로써 추가의 새로운 공정설비가 필요치 않아 매우 경제적이다.In addition, the selective production method of ethylene from the propane of the present invention is very economical by combining the PTE process of the present invention with the existing PDH process or by including the PTE process of the present invention in the existing PDH process, thus eliminating the need for additional new process equipment. .

나아가 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 값싼 천연가스(대부분 프로판)로부터 프로필렌을 제조하는 on-purpose 공정인 PDH공정에서 대량으로 생성되는 프로판을 이용하여 높은 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있어 지역적인 프로필렌과 에틸렌의 수요-공급 불균형을 해소할 수 있다.Furthermore, the method for producing selective ethylene from propane of the present invention can produce ethylene with high selectivity by using a large amount of propane produced in the PDH process, an on-purpose process for producing propylene from cheap natural gas (mostly propane). It can solve demand-supply imbalances of propylene and ethylene.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 약 산성도는 0.040 내지 0.110mmol/g-촉매이며, 강 산성도가 0.200 내지 0.410mmol/g-촉매일 수 있다.Preferably, the acid treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may have a weak acidity of 0.040 to 0.110 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.200 to 0.410 mmol / g-catalyst.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 에틸렌의 선택적 제조방법은 PDH공정으로 제조된 프로필렌을 포함하는 혼합물에 포함된 프로필렌으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 공정 촉매로, 산으로 처리되어 특정범위의 산성도를 가지도록 제어된 ZSM-5 촉매를 사용함으로써, 놀랍도록 향상된 전환율 및 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있다.The selective production method of ethylene from propane according to an embodiment of the present invention is a process catalyst for selectively producing ethylene from propylene contained in a mixture containing propylene prepared by PDH process, which is treated with acid to provide a specific range of acidity. By using ZSM-5 catalysts controlled to have, ethylene can be produced with surprisingly improved conversion and selectivity.

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 바람직하게는 약 산성도는 0.030 내지 0.110mmol/g-촉매이며, 강 산성도가 0.200 내지 0.410mmol/g-촉매일 수 있으며, 보다 바람직하게는 약 산성도는 0.045 내지 0.110mmol/g 촉매이며, 강 산성도가 0.180 내지 0.400mmol/g 촉매일 수 있다.Acid treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention preferably has a weak acidity of 0.030 to 0.110 mmol / g-catalyst, a strong acidity of 0.200 to 0.410 mmol / g-catalyst, more preferably The weak acidity is 0.045 to 0.110 mmol / g catalyst and the strong acidity may be 0.180 to 0.400 mmol / g catalyst.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법의 PTE공정(propylene to ethylene)에서 특정한 범위의 산성도를 가지는 산 처리된 ZSM-5 촉매를 사용함으로써, 구체적으로 약 산성도 및 강 산성도를 선택적으로 제어된 산 처리된 ZSM-5 촉매를 사용함으로써 높은 수율 및 선택성으로 에틸렌을 제조할 수 있다.That is, by using the acid-treated ZSM-5 catalyst having a specific range of acidity in the PTE process (propylene to ethylene) of the method for producing a selective ethylene from propane according to an embodiment of the present invention, specifically about weak acidity and strong acidity Ethylene can be prepared in high yields and selectivity by using optionally controlled acid treated ZSM-5 catalysts.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 강산성도/약산성도의 비 즉, 강산성도를 약산성도로 나눈 비가 0.1 내지 8.0일 수 있으며, 좋기로는 0.1 내지 3.0일 수 있다.Preferably, the acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may have a ratio of strong acidity / weak acidity, that is, a ratio of strong acidity divided by weak acidity, and may be 0.1 to 8.0, and preferably 0.1 to 3.0. .

또한 본 발명의 산 처리된 ZSM-5 촉매는 전체 산성도가 0.30 내지 0.50mmol/g-촉매일 수 있다.In addition, the acid treated ZSM-5 catalyst of the present invention may have a total acidity of 0.30 to 0.50 mmol / g-catalyst.

구체적으로 본 발명의 산 처리된 ZSM-5 촉매는 일반적인 제올라이트 촉매인 ZSM-11, ZSM-22, HY, SSZ-13, SAPO-34, SAPO-11, mordenite 및 beta에 산을 처리하여 사용한 경우와 대비하여 현저하게 향상된 전환율 및 선택성을 가진다.Specifically, the acid-treated ZSM-5 catalyst of the present invention is treated with an acid in the general zeolite catalysts ZSM-11, ZSM-22, HY, SSZ-13, SAPO-34, SAPO-11, mordenite and beta. In contrast, it has significantly improved conversion and selectivity.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 처리되는 산의 종류에 따라 두 가지 양태로 설명될 수 있다.In addition, the acid-treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention may be described in two aspects depending on the type of acid to be treated.

그 첫 번째 양태는 특정 제올라이트 촉매인 ZSM-5에 인이 담지되어 약간의 탈알루미늄화가 진행되어 제올라이트 골격과 알루미늄의 상호인력으로 인해 강산점을 약화시켜 제어된 약 산성도 및 강 산성도를 가지도록 조절하여 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 선택성을 높이는 것으로, 이러한 산은 염산 및 인산화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The first aspect is that ZSM-5, a specific zeolite catalyst, is supported with phosphorus to slightly dealuminize to weaken the strong acid point due to the mutual attraction between the zeolite skeleton and aluminum, thereby controlling to have a controlled weak acidity and strong acidity. By increasing the selectivity of the selective ethylene from propane, these acids may be one or more selected from hydrochloric acid and phosphoric acid compounds.

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매에 처리되는 산이 염산 및 인산화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 경우, ZSM-5 촉매의 탈알루미늄화로 인해 ZSM-5 촉매의 강산점을 약화시킴으로써 ZSM-5 촉매의 강산점을 중간정도의 산점으로 조절하여 프로필렌으로부터 에틸렌으로의 전환율 및 에틸렌 선택성을 높이는 것으로 판단된다.When the acid treated in the acid-treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention is one or two or more selected from hydrochloric acid and phosphoric acid compound, the strong acid point of the ZSM-5 catalyst is weakened due to dealumination of the ZSM-5 catalyst. By adjusting the strong acid point of the ZSM-5 catalyst to a medium acid point, it is believed that the conversion of propylene to ethylene and the ethylene selectivity are increased.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 인산화합물로 처리된 ZSM-5 촉매는 ZSM-5 촉매를 인산화합물로 처리함으로써 ZSM-5 촉매골격내 알루미늄의 수열안정성이 상승될 뿐만 아니라 강산점을 약화시켜 강산점 일부를 중간세기의 산점으로 만들게 됨으로써 에틸렌의 선택성 및 전환율을 높이는 것으로 예측된다. Specifically, the ZSM-5 catalyst treated with the phosphate compound according to an embodiment of the present invention not only increases the hydrothermal stability of the aluminum in the ZSM-5 catalyst skeleton but also weakens the strong acid point by treating the ZSM-5 catalyst with the phosphate compound. It is expected that some of the strong acid points will be acidic midpoints, increasing the selectivity and conversion of ethylene.

이러한 측면에서 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5에 처리된 인산화합물은 바람직하게 인산(H3PO4), 제1인산암모늄염((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄염((NH4)2HPO4), (C1-C10)알킬아인산(alkyl phosphite) 및 (C1-C10)알킬인산염(alkyl phosphate)에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 인산화합물일 수 있으며, 보다 좋기로는 인산(H3PO4), 제1인산암모늄염((NH4)H2PO4) 및 제2인산암모늄염((NH4)2HPO4)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘이상의 인산화합물일 수 있다.In this respect, the phosphoric acid compound treated in ZSM-5 according to an embodiment of the present invention is preferably phosphoric acid (H 3 PO 4), first ammonium phosphate salt ((NH 4) H 2 PO 4), second ammonium phosphate salt ((NH 4) 2 HPO 4), ( C1-C10) alkyl phosphite and (C1-C10) alkyl phosphate may be one or more than one phosphate compound, more preferably phosphoric acid (H3PO4), the first ammonium phosphate (( NH 4) H 2 PO 4) and diammonium phosphate salt ((NH 4) 2 HPO 4).

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 인산화합물로 처리되어 0.5 내지 5중량%, 바람직하게는 0.75 내지 1.5중량%의 인이 담지된 것일 수 있다.Acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be treated with a phosphoric acid compound may be loaded with 0.5 to 5% by weight, preferably 0.75 to 1.5% by weight of phosphorus.

본 발명의 또 다른 양태는 특정한 제올라이트 촉매인 ZSM-5 촉매를 특정한 산으로 처리하여 ZSM-5 촉매를 탈알루미늄화시켜 약산점을 제거함으로써 ZSM-5 촉매가 제어된 약 산성도 및 강 산성도를 가지도록 조절하는 것으로, 이러한 ZSM-5 촉매에 처리되는 산은 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있다.Another aspect of the present invention is to treat the ZSM-5 catalyst, which is a specific zeolite catalyst, with a specific acid to dealuminize the ZSM-5 catalyst to remove the weak acid point so that the ZSM-5 catalyst has controlled weak and strong acidity. By modulating, the acid treated with this ZSM-5 catalyst may be one or two or more selected from ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 에틸렌의 선택적 제조방법은 b)단계에서 ZSM-5 촉매를 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상인 특정한 산으로 처리하는 경우, ZSM-5 촉매를 탈알루미늄화(dealumination)시킴으로써 선택적으로 약산점을 제거하여 프로필렌의 전환율을 높이는 동시에 에틸렌의 선택성을 향상시킬 수 있는 것으로 판단된다.Selective preparation of ethylene from propane according to one embodiment of the present invention is carried out in step b) when the ZSM-5 catalyst is treated with one or more specific acids selected from ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride, ZSM It is believed that by dealumination of the -5 catalyst, the weak acid point can be selectively removed to increase the conversion of propylene and to improve the selectivity of ethylene.

다시 말해 ZSM-5 촉매를 비롯한 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, zeolites, including ZSM-5 catalysts, have high electron density and low moiety to show strong acid strength, but the lower the Si / Al 2 molar ratio, the higher the electron density and the lower the electron density. Therefore, it is difficult to form a strong acid point, so the acidity is high.

즉, 제올라이트에서 bridged Si-O-Al의 밀도가 높으면 약 산성도가 증가하는 반면 Isolated Si-O-Al의 밀도가 증가하면 약 산성도가 선택적으로 감소된다.In other words, when the density of bridged Si-O-Al in zeolite is high, the weak acidity is increased, whereas when the density of Isolated Si-O-Al is increased, the weak acidity is selectively decreased.

결론적으로 본 발명의 발명자들은 ZSM-5에 인산화합물, 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 산으로 처리하여 강산성도 및 약 산성도를 제어함으로써 높은 전환율 및 선택성으로 프로필렌으로부터 에틸렌을 제조할 수 있음을 발견하였다.In conclusion, the inventors of the present invention treated ZSM-5 with one or more acids selected from phosphate compounds, ammonium hexafluorosilicates, oxalic acid and ammonium fluoride to control strong acidity and weak acidity from propylene with high conversion and selectivity. It has been found that ethylene can be prepared.

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 산이 0.005 내지 0.5몰, 바람직하게는 0.05몰 내지 0.25몰로 처리된 것일 수 있다.Acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention is one or two or more acids selected from ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride are treated with 0.005 to 0.5 moles, preferably 0.05 to 0.25 moles. Can be.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 에틸렌의 선택적 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 선택성을 가지며, 이러한 본 발명의 프로판으로부터 에틸렌을 선택적으로 제조하는 방법은 에틸렌 및 프로필렌의 공급불균형을 해소할 수 있다.The selective process for the production of ethylene from propane according to an embodiment of the present invention is very economical to obtain ethylene with surprisingly improved selectivity and simple process, unlike the conventional method, a variety of methods for producing propylene from known ethylene With surprisingly improved conversion and selectivity compared to the process, this method of selectively preparing ethylene from the propane of the present invention can resolve the supply imbalance of ethylene and propylene.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 제조된 프로필렌으로부터 보다 우수한 선택성 및 수율로 에틸렌을 제조하기위한 측면에서 본 발명의 일 실시예예 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 바람직하게 인산화합물로 처리된 ZSM-5일 수 있다.The acid treated ZSM-5 catalyst according to one embodiment of the present invention is preferably ZSM treated with a phosphate compound in terms of producing ethylene with better selectivity and yield from propylene prepared from propane according to one embodiment of the invention. May be -5.

본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5의 산처리는 당업자가 인식가능한 통상적인 처리방법 함침방법이면 모두 가능하며, 구체적인 일례로 이온교환법(Ion-exchange method), 직접 함침법(incipient wetnessmethod), 용액 함침법 등이 모두 적용 가능하다.Acid treatment of ZSM-5 according to an embodiment of the present invention may be any method of impregnation that can be recognized by those skilled in the art. Specific examples include ion-exchange method, incipient wetness method, Both solution impregnation methods are applicable.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 ZSM-5의 산처리를 인산화합물을 사용하는 경우를 일례로 들어 설명한다.Hereinafter, the acid treatment of ZSM-5 according to an embodiment of the present invention will be described with an example of using a phosphoric acid compound.

ZSM-5 촉매에 인산화합물을 처리하는 경우 인산화합물의 종류에 따라서 인(P)이 존재하는 위치가 조금씩 틀려지지만, 일반적으로 인산화합물의 입자크기는 결정형 제올라이트의 세공크기에 비해 상대적으로 크기 때문에 인산화합물이 결정형 제올라이트의 세공 내로 침투되어 존재하는 정도가 제올라이트의 외표면에 존재하는 경우보다 작기 때문에 상대적으로 많은 양의 인(P)이 제올라이트 촉매의 외부표면에 존재 한다. When the phosphoric acid compound is treated on the ZSM-5 catalyst, the position of phosphorus (P) is slightly different depending on the type of phosphoric acid compound. However, in general, the particle size of the phosphoric acid compound is relatively large compared to the pore size of the crystalline zeolite. A relatively large amount of phosphorus (P) is present on the outer surface of the zeolite catalyst because the extent of the compound penetrating into the pores of the crystalline zeolite is smaller than that present on the outer surface of the zeolite.

프로필렌을 분해하는 크래킹 반응에서 ZSM-5 촉매의 강산점인 브렌스테드산점이 사용되는데 촉매의 외부표면 및 내부세공표면 둘 다 존재할 것으로 판단되며, 만일 외부표면의 활성점에서 반응이 일어나게 되면 ZSM-5 촉매의 형상 선택성을 저해 시키는 요인이 되며, 제조되는 에틸렌의 선택성을 저하 시키는 요인이 되었을 것으로 판단된다.In the cracking reaction to decompose propylene, Brenstead acid point, which is the strong acid point of ZSM-5 catalyst, is used, and it is assumed that both the outer surface and the inner pore surface of the catalyst exist, and if the reaction occurs at the active point of the outer surface, ZSM- 5 It is believed that this may be a factor to inhibit the shape selectivity of the catalyst, and to reduce the selectivity of the ethylene produced.

따라서, 본 발명의 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 ZSM-5 촉매를 인산화합물로 처리함으로써 외부 촉매 활성점인 외부 산점을 제거하여 ZSM-5 촉매의 내부 산점에서만 반응이 일어나게 됨으로써 높은 선택성으로 에틸렌이 제조되는 것으로 판단된다.Therefore, the method for producing selective ethylene from the propane of the present invention removes the external acid point, which is an external catalyst active point by treating the ZSM-5 catalyst with a phosphate compound, so that the reaction occurs only at the internal acid point of the ZSM-5 catalyst. It is considered to be manufactured.

즉, 이러한 인산화합물로 처리된 ZSM-5 촉매의 경우에는 외부 산점이 적절히 불활성화되어 ZSM-5 촉매의 세공 내의 산점에서 반응이 주로 일어나 에틸렌의 선택도를 증가시키는 역할을 하게 되는 것으로 판단된다. That is, in the case of the ZSM-5 catalyst treated with such a phosphate compound, the external acid point is appropriately inactivated, so that the reaction mainly occurs at the acid point in the pores of the ZSM-5 catalyst, thereby increasing the selectivity of ethylene.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매는 Si/Al2몰 비율이 23 내지 280일 수 있다. In addition, the acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may have a Si / Al 2 molar ratio of 23 to 280.

바람직하게 ZSM-5 촉매내의 연결된 (bridged) Si-O-Al에 의한 강산점이 많아져서 과도한 탄화수소의 크래킹 반응 또는 올레핀의 올리고머화 및 방향족화를 통한 부생성물의 생성을 감소시키고 산 처리된 ZSM-5촉매 기공속에 코크 침적에 의한 촉매 수명 저하, 열적 및 수열 안정성이 저하시키기 않기 위한 측면에서 산 처리된 ZSM-5의 Si/Al2몰 비율은 30 내지 100일수 있으며, 나아가 산 처리된 ZSM-5 내의 실리카와 이웃한 알루미늄이 작아져 생성되는 ZSM-5 강산점의 수가 적어 촉매 활성이 저하되는 것을 억제하여 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성을 보다 높이기위한 측면에서 바람직하게 산 처리된 ZSM-5의 Si/Al2몰 비율은 30 내지 100, 보다 바람직하게 30 내지 80일 수 있다. Preferably, the strong acid point by bridged Si-O-Al in the ZSM-5 catalyst is increased to reduce the formation of by-products through excessive hydrocarbon cracking reactions or oligomerization and aromatization of olefins, and acid treated ZSM-5 Si / Al 2 mole ratio of acid treated ZSM-5 may be in the range of 30 to 100 in terms of not reducing catalyst life due to coke deposition in the catalyst pores, and reducing thermal and hydrothermal stability. In the aspect of increasing the propylene conversion and ethylene selectivity, the Si / Si of ZSM-5 is preferably acid-treated in order to suppress the deterioration of catalytic activity due to the small number of ZSM-5 strong acid points generated due to the smaller silica and neighboring aluminum. The Al 2 molar ratio may be 30 to 100, more preferably 30 to 80.

본 발명의 일 실시예에 따른 산 처리된 ZSM-5 촉매의 ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5일 수 있으며, 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.ZSM-5 catalyst of the acid-treated ZSM-5 catalyst according to an embodiment of the present invention may be H-ZSM-5, La, Zn, Ni, Fe, Ga, Cu, Pd, Al, Co, M, One or two or more selected from Ce, Cr, Au, Pt, Re, Ru, and Ir may be supported.

본 발명의 일 실시예에 따른 크롬계 또는 백금계 촉매는 통상적으로 당업자가 인식할 수 있는 Lummus공정에 사용되는 크롬계 촉매 또는 PDH공정에 사용되는 백금계 촉매라면 모두 가능하나, 산 처리된 ZSM-5촉매와의 바람직한 조합으로 Cr2O3/Al2O3 또는 Pt-Sn/Al2O3일 수 있다.A chromium-based or platinum-based catalyst according to an embodiment of the present invention may be any chromium-based catalyst used in the Lummus process or a platinum-based catalyst used in the PDH process, which can be recognized by those skilled in the art. Preferred combinations with 5 catalysts may be Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 or Pt-Sn / Al 2 O 3 .

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법의 시리즈 공정에서 b)단계는 550 내지 610℃의 온도, 1 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.001 내지 0.125의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행될 수 있다.Preferably step b) in the series process of the process for producing selective ethylene from propane according to one embodiment of the present invention is a temperature of 550 to 610 ℃, atmospheric pressure of 1 to 1 MPa, 0.1 to 10 hours -1 weight hourly space of propylene And propylene and nitrogen dilution ratios from 1: 0.001 to 0.125.

상기와 같이 제어된 b)단계의 특정범위의 반응조건은 a)단계의 PDH공정과 조합에서 보다 높은 선택성 및 전환율로 에틸렌을 제조할 수 있다. The specific range of reaction conditions of step b) controlled as described above may produce ethylene with higher selectivity and conversion in combination with the PDH process of step a).

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수소화는 500 내지 610℃의 반응 온도에서 상기 프로판을 포함하는 공급원료의 중량공간속도(WHSV) 1 내지 15h-1조건으로 수행될 수 있다.Preferably, the dehydrogenation according to an embodiment of the present invention may be performed at a weight space velocity (WHSV) of 1 to 15 h −1 of the feedstock including the propane at a reaction temperature of 500 to 610 ° C.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은,Preferably the method for producing selective ethylene from propane according to an embodiment of the present invention,

a) 크롬계 또는 백금계 촉매 하에 프로판함유 공급원료를 500 내지 610℃의 반응 온도 및 프로판함유 공급원료의 중량공간속도(WHSV) 1 내지 15h-1의 조건으로 탈수소화시켜 프로필렌함유 혼합물을 얻는 단계; 및 a) dehydrogenating a propane-containing feedstock under a chromium-based or platinum-based catalyst to a reaction temperature of 500 to 610 ° C. and a weight space velocity (WHSV) of 1 to 15 h −1 of the propane-containing feedstock to obtain a propylene-containing mixture; ; And

b) 상기 단계에서 얻어진 프로필렌함유 혼합물을 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매와 550 내지 600℃의 온도, 0.01 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.001 내지 0.125의 프로필렌과 질소 희석 비율 조건 하에서 접촉시켜 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 단계;를 포함할 수 있다.b) The propylene-containing mixture obtained in the above step is an acid treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst and a temperature of 550-600 ° C., 0.01-1 MPa. And converting the propylene to ethylene by contacting under an atmospheric pressure, 0.1 to 10 hours -1 weight hourly space velocity of propylene and propylene and nitrogen dilution ratio conditions of 1: 0.001 to 0.125.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 a)단계 및 b)단계가 시리즈 형태의 각각 상이한 반응기에서 연속적으로 수행될 수 있다.Preferably, in the method for preparing selective ethylene from propane according to one embodiment of the present invention, steps a) and b) may be continuously performed in different reactors in series form.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법의 캐스캐이드 공정에서 PDH공정 및 PTE공정이 하나의 반응기에서 수행되는 것으로, 바람직하게 550 내지 610℃의 온도, 0.01 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.50 내지 1.50의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행될 수 있다.In the cascade process of the method for preparing selective ethylene from propane according to an embodiment of the present invention, the PDH process and the PTE process are performed in one reactor, preferably, a temperature of 550 to 610 ° C., an air pressure of 0.01 to 1 MPa, It can be carried out at a weight hourly space velocity of propylene of 0.1 to 10 hours −1 and a propylene and nitrogen dilution ratio of 1: 0.50 to 1.50.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법은 프로판의 전환율이 60%이상이며, 에틸렌의 선택성이 25%이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 프로판의 전환율이 65%이상이며, 에틸렌의 선택성이 30%이상일 수 있다.In the method for preparing selective ethylene from propane according to an embodiment of the present invention, the conversion of propane may be 60% or more, the selectivity of ethylene may be 25% or more, and more preferably, the conversion rate of propane is 65% or more. The selectivity can be at least 30%.

본 발명의 프로판으로부터 선택적으로 에틸렌을 제조하는 방법은 종래의 방법, 일례로 프로판 크래킹 등과 대비하여 현저하게 향상된 전환율 및 선택성을 가진다.The process for selectively producing ethylene from the propane of the present invention has significantly improved conversion and selectivity compared to conventional methods, such as propane cracking and the like.

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.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these examples.

<촉매의 강산성도, 약산성도 및 총산성도 측정><Measurement of 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 technique used to measure the strong and weak acidity of the catalyst was measured from the acid intensity distribution by NH3-TPD (temperature-programmed desorption), ammonia temperature desorption method.

우선 샘플을 제조하고 500℃ 온도에서 60분 동안 샘플을 가열하여 전처리 한 후 100℃에서 30분간 암모니아를 흡착시킨 후 이를 He가스 100℃에서 1시간 물리적으로 흡착된 암모니아 탈착하여 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, prepare a sample, heat the sample for 60 minutes at 500 ° C, pretreat it, and then adsorb the ammonia at 100 ° C for 30 minutes, and then desorb the ammonia physically adsorbed at 100 ° C for 1 hour to 900 ° C under He gas. Ammonia desorbed by heating at a rate of 5 ° C./min was measured using a TCD detector (thermal conductivity detector). The amount of acid point of the zeolite catalyst was calculated by deconvolution of the measured TPD curve, and the amount of weak acid point and strong acid point was calculated. The total acidity is the sum of the two acidities.

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.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these examples.

<실시예 1> 인이 담지된 ZSM-5 촉매의 제조Example 1 Preparation of ZSM-5 Catalyst Supported with Phosphorus

ZSM-5(Zeolyst, Si/Al2= 50, CBV 5524G) 3g을 인산(H3PO4,85%) 0.43g, 에탄올 1.789g 및 증류수 0.24g이 섞인 수용액과 균일하게 혼합한 후 dry oven을 사용하여 용매를 제거하였다. 상기에서 제조한 시료를 500℃에서 5시간 동안 소성하여 인이 1중량% 담지된 ZSM-5 촉매를 제조하여, 본 실험에 사용하였다. ZSM-5 촉매에 담지된 인의 중량은 유도결합 플라즈마 질량분석법(ICP-AES, inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES, Perkin Elmer, Optima 4300 DV)으로 측정하였다.3 g of ZSM-5 (Zeolyst, Si / Al 2 = 50, CBV 5524G) was uniformly mixed with an aqueous solution containing 0.43 g of phosphoric acid (H 3 PO 4 , 85%), 1.789 g of ethanol and 0.24 g of distilled water, and then dried Solvent was removed. The sample prepared above was calcined at 500 ° C. for 5 hours to prepare a ZSM-5 catalyst having 1% by weight of phosphorus and used in this experiment. The weight of phosphorus supported on the ZSM-5 catalyst was measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-AES, inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES, Perkin Elmer, Optima 4300 DV).

제조된 촉매의 XRD 패턴을 도 1에 나타내었으며, 하기 표 1에 제조된 촉매의 산점을 나타내었다.XRD pattern of the prepared catalyst is shown in Figure 1, it shows the acid point of the catalyst prepared in Table 1 below.

<실시예 2> 0.1M 옥살산으로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 2 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 with 20 ml of oxalic acid 0.1M and reacted by heating to reflux for 1 hour at room temperature. After drying for 6 hours using a dry oven, the prepared sample was heated to 60 ℃ per hour and calcined at the final 550 ℃ for 5 hours to prepare a ZSM-5 catalyst treated with 0.1M oxalic acid.

<실시예 3> 0.1M 불화암모늄으로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 3 Preparation of ZSM-5 Catalyst Treated with 0.1 M Ammonium Fluoride

실시예 2에서 옥살산 대신 불화암모늄을 사용하여 72시간 교반하여 최종 500℃에서 10시간 소성것을 제외하고는 실시예 2와 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 2, except that in Example 2, the mixture was stirred for 72 hours using ammonium fluoride instead of oxalic acid and calcined at 500 ° C. for 10 hours.

<실시예 4> 0.1M 염산으로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 4 Preparation of ZSM-5 Catalyst Treated with 0.1 M Hydrochloric Acid

실시예 2에서 옥살산 대신 염산을 사용하여 85℃ 4시간 동안 가열환류 반응을 시킨 뒤 증류수로 씻어 400℃에서 6시간 소성을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 0.1M 염산으로 처리된 ZSM-5 촉매를 제조하였다.ZSM- treated with 0.1M hydrochloric acid was carried out in the same manner as in Example 2 except that the reaction was heated to reflux for 4 hours at 85 ° C. for 4 hours using hydrochloric acid instead of oxalic acid, followed by calcination at 400 ° C. for 6 hours. 5 catalysts were prepared.

<실시예 5> 암모늄헥사플루오로실리케이트로 처리된 ZSM-5 촉매의 제조Example 5 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 0.1M로 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 0.1 M ammonium hexafluorosilicate and reacted by heating to reflux at 90 ° C. for 3 hours. After drying the reaction mixture for 6 hours using a dry oven, the prepared sample was calcined at 500 ℃ for 5 hours to prepare a ZSM-5 catalyst treated with 0.1M ammonium hexafluorosilicate, used in this experiment. .

제조된 촉매의 XRD 패턴을 도 1에 나타내었으며, 하기 표 1에 실시예 1 및 실시예 5에서 제조된 촉매의 NH3-TPD 분석에 의한 산점을 나타내었다. The XRD pattern of the prepared catalyst is shown in FIG. 1, and Table 1 shows the acid point by NH3-TPD analysis of the catalysts prepared in Examples 1 and 5.

촉매catalyst 약 산성도Weak acidity 강 산성도Strong acidity 강산성도/약산성도Strong acidity / weak acidity 총산성도Total acidity 실시예 1Example 1 1중량%인이 담지된 ZSM-5ZSM-5 with 1% by weight phosphorus 0.1050.105 0.2730.273 2.612.61 0.3780.378 실시예 5Example 5 0.1M의 AHFS로 처리된 ZSM-5ZSM-5 Treated with 0.1M AHFS 0.0490.049 0.3850.385 0.1420.142 0.4340.434 비교예 1Comparative Example 1 H-ZSM-5H-ZSM-5 0.1400.140 0.4500.450 3.213.21 0.5900.590

[실시예 6] 캐스캐이드 방법(Cascade 방법)에 의한 온도에 따른 인이 담지된 ZSM-5 촉매 하에 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 6 Preparation of Ethylene from Propane Under ZSM-5 Catalyst Supported by Phosphorus with Temperature by Cascade Method

PDH 촉매인 Cr2O3/Al2O3는 (Applied Catalysis A: General 233 (2002) 21--33)의 방법에 따라 제조하여 본 발명에 사용하였다.The PDH catalyst Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 was prepared according to the method of (Applied Catalysis A: General 233 (2002) 21--33) and used in the present invention.

프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조를 위해 도 2(왼쪽)에 도시된 바와 같이 550oC 질소가스(50ml/min)로 3시간동안 전처리한 석영반응기를 가지는 스테인레스 반응장치에 Cr2O3/Al2O3는 0.5g과 실시예 1의 촉매 0.5g을 충진시킨 후 반응물인 프로판 가스(Rigas(purity99.99%), 5.04 ml/min)를 주입하여 프로판 가스가 반응기 내의 촉매층을 연속적으로 통과하면서 반응이 진행되도록 하였다. 0.1 MPa, 질소 투입량은 5.04ml/min, 반응물의 중량공간속도(WHSV)는 1.2h-1로 유지하였으며, 반응온도는 550℃에서 수행하였다. 반응후 생성되는 생성물에 대해 가스크로마토그래피를 통해 분석하였으며, 각 촉매의 반응 시간에 따른 프로판의 전환율, 에틸렌의 선택도 및 수율을 계산하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. Cr 2 O 3 / Al 2 O in a stainless reactor with a quartz reactor pretreated for 3 hours with 550 ° C. nitrogen gas (50 ml / min) as shown in FIG. 2 (left) for the production of selective ethylene from propane. 3 is a reaction while the propane gas is injected as in example 1, 0.5g of the catalyst was charged 0.5g reaction of propane gas (Rigas (purity99.99%), 5.04 ml / min) continuously pass through the catalyst layer in the reactor It was made to proceed. 0.1 MPa, nitrogen loading was 5.04ml / min, the weight space velocity (WHSV) of the reactants was maintained at 1.2h -1 , the reaction temperature was carried out at 550 ℃. The product produced after the reaction was analyzed by gas chromatography, and the conversion of propane, selectivity and yield of ethylene according to the reaction time of each catalyst were calculated, and the results are shown in FIG. 3.

Figure pat00001
Figure pat00001

Cov. C3= denote conversion of C3=; WtC3= to represents the weight of Propane at the initial time; WT C3= is the weight of C3= at the desired reaction time; Selec. C2= denote the selectivity of product C2=; WTC2= is the weight of product C2=; Cov. C 3 = denote conversion of C 3 = ; Wt C3 = to represents the weight of Propane at the initial time; WT C 3 = is the weight of C 3 = at the desired reaction time; Selec. C 2 = denote the selectivity of product C 2 = ; WT C2 = is the weight of product C 2 = ;

[비교예 1] 프로판으로부터 에틸렌의 제조Comparative Example 1 Preparation of Ethylene from Propane

실시예 6에서 실시예 1에서 PTE촉매를 사용하지 않아 탈수소화공정만을 진행한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 제조하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.Except for using the PTE catalyst in Example 6 in Example 6 except that only the dehydrogenation process was carried out in the same manner as in Example 6 shown in Figure 3 the results.

[비교예 2] 프로판으로부터 에틸렌의 제조Comparative Example 2 Preparation of Ethylene from Propane

실시예 6에서 PDH촉매인 Cr2O3/Al2O3를 사용하여 PTE공정만을 진행한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 제조하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. Except that the PTE process using only the PDH catalyst Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 in Example 6 was prepared in the same manner as in Example 6 and the results are shown in FIG.

[실시예 7] 실시예 6에서 온도에 따른 인이 담지된 ZSM-5 촉매 하에 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 7 Preparation of Ethylene from Propane Under ZSM-5 Catalyst Supported by Phosphorus with Temperature in Example 6

실시예 6에서 반응온도는 500℃, 580℃, 610℃으로 달리한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 실시하여 유지하였으며, 프로판으로부터 에틸렌의 제조하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.In Example 6, the reaction temperature was maintained in the same manner as in Example 6 except that the reaction temperature was changed to 500 ° C., 580 ° C., and 610 ° C., and ethylene was prepared from propane, and the results are shown in FIG. 4.

도 4에서 보이는 바와 같이 550 내지 610℃에서 가장 우수한 프로판 전환율 및 에틸렌 선택성을 나타내었다.As shown in FIG. 4, the best propane conversion and ethylene selectivity were shown at 550-610 ° C.

[실시예 8] 시리즈 방법(Series 방법)에 의한 온도에 따른 인이 담지된 ZSM-5 촉매 하에 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 8 Preparation of Ethylene from Propane Under ZSM-5 Catalyst Supported by Phosphorus with Temperature by Series Method

PDH 후단 가스에서 나오는 모델피드를 하기 표 2와 같은 조성으로 제조하여도 2(오른쪽)에 도시된 바와 같이 석영반응기를 사용하는 실험실 규보의 고정층 반응기에 실시예 1의 촉매 0.5g을 충진시킨 후 반응물인 하기 표 2와 같은 조성을 가진 가스를 주입하여 프로필렌 가스가 반응기 내의 촉매층을 통과하면서 반응이 진행되도록 하였다. 0.1 MPa, 질소 투입량은 5.04ml/min, 반응물의 중량공간속도(WHSV)는 1.2h-1로 유지하였으며, 반응온도는 550℃에서 수행하였다. After the model feed from the PDH trailing gas was prepared in the composition shown in Table 2 below, 0.5 g of the catalyst of Example 1 was charged into a fixed bed reactor of laboratory specifications using a quartz reactor as shown in FIG. 2 (right). Injecting a gas having a composition as shown in Table 2 so that the reaction proceeds while the propylene gas passes through the catalyst layer in the reactor. 0.1 MPa, nitrogen loading was 5.04ml / min, the weight space velocity (WHSV) of the reactants was maintained at 1.2h -1 , the reaction temperature was carried out at 550 ℃.

반응 후 생성되는 생성물에 대해 가스크로마토그래피를 통해 분석하였으며, 각 촉매의 반응 시간에 따른 프로판의 전환율, 에틸렌의 선택도 및 수율을 계산하였다. 여기서, 프로판의 전환율, 에틸렌 선택도 및 수율은 하기 수학식 1 내지 2에 따라 계산하였다.The product produced after the reaction was analyzed by gas chromatography, and the conversion rate of propane, selectivity and yield of ethylene were calculated according to the reaction time of each catalyst. Here, the conversion rate, ethylene selectivity and yield of propane were calculated according to the following equations (1) to (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

Components in model feedComponents in model feed FormulaFormula Compositions (wt%)Compositions (wt%) HydrogenHydrogen H2 H 2 2.012.01 EthaneEthane C2H4 C 2 H 4 1.041.04 PropanePropane C3H8 C 3 H 8 37.0637.06 PropylenePropylene C3H6 C 3 H 6 51.6851.68

[실시예 9] 실시예 8에서 온도에 따른 인이 담지된 ZSM-5 촉매 하에 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 9 Preparation of Ethylene from Propane Under ZSM-5 Catalyst Supported by Phosphorus with Temperature in Example 8

실시예 8에서 반응온도는 500℃, 550℃, 580℃, 610℃으로 달리한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 실시하여 유지하였으며, 프로판으로부터 에틸렌의 제조하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.In Example 8, the reaction temperature was maintained in the same manner as in Example 8 except that the reaction temperature was changed to 500 ° C., 550 ° C., 580 ° C., and 610 ° C., and ethylene was prepared from propane, and the results are shown in FIG. 5. It was.

도 5에서 보이는 바와 같이 550 내지 610℃에서 가장 우수한 프로판 전환율 및 에틸렌 선택성을 나타내었다.As shown in FIG. 5, the best propane conversion and ethylene selectivity were shown at 550-610 ° C.

[실시예 10] 실시예 8에서 공간속도에 따른 인이 담지된 ZSM-5 촉매 하에 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 10 Preparation of Ethylene from Propane Under ZSM-5 Catalyst Supported by Phosphor According to Space Velocity in Example 8

실시예 8에서 반응온도는 550℃, 반응물의 중량공간속도(WHSV)를 (1.2, 5, 8.5. 12, 15)h-1로 달리한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 실시하여 유지하였으며, 프로판으로부터 에틸렌의 제조하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.In Example 8, the reaction temperature was maintained in the same manner as in Example 8, except that the weight space velocity (WHSV) of the reactants was changed to (1.2, 5, 8.5. 12, 15) h −1 . Ethylene was prepared from propane, and the results are shown in FIG. 6.

도 6에서 보이는 바와 같이 5 내지 10h-1에서 가장 우수한 프로판 전환율 및 에틸렌 선택성을 나타내었다.As shown in FIG. 6, the best propane conversion and ethylene selectivity were shown at 5 to 10 h −1 .

[실시예 11] 실시예 8에서 부분압에 따른 인이 담지된 ZSM-5 촉매 하에 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 11 Preparation of Ethylene from Propane Under ZSM-5 Catalyst Supported by Phosphorus at Partial Pressure in Example 8

실시예 8에서 반응온도는 550℃, 도 7에서 나타낸 바와 같이 부분압을 변경(0.0077 ~ 0.0500) 하는 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 실시하여 프로판으로부터 에틸렌을 제조하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.In Example 8, ethylene was prepared from propane in the same manner as in Example 8 except that the reaction temperature was changed to 550 ° C. and partial pressure as shown in FIG. 7 (0.0077 to 0.0500), and the result is illustrated in FIG. 7. Indicated.

도 7에서 보이는 바와 같이 프로필렌과 질소의 희석비율에 따라 프로필렌의 전환율 및 에틸렌의 선택성의 확연히 차이가 나는 것을 알 수 있으며, 질소와 프로필렌의 희석비율이 1: 0.001 내지 0.030에서 보다 우수한 전환율 및 선택성이 나타나는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the conversion rate of propylene and the selectivity of ethylene are clearly different according to the dilution ratio of propylene and nitrogen, and the dilution ratio of nitrogen and propylene is more excellent at 1: 0.001 to 0.030. It can be seen that it appears.

구체적으로 프로판의 주입량을 29ml/min으로 고정할 경우 질소투입량은 1 내지 10ml/min의 범위, 즉 질소와 프로필렌의 희석비율이 1 : 0.001 내지 0.125, 바람직하게 1 : 0.025 내지 0.10 보다 바람직하게 1: 0.025 내지 0.075에서 보다 우수한 전환율 및 선택성이 나타나는 것을 알 수 있다.Specifically, when the injection amount of propane is fixed at 29 ml / min, the nitrogen injection amount is in the range of 1 to 10 ml / min, that is, the dilution ratio of nitrogen and propylene is 1: 0.001 to 0.125, preferably 1: 0.025 to 0.10, more preferably 1: It can be seen that better conversion and selectivity appear between 0.025 and 0.075.

[실시예 12] 프로판으로부터 에틸렌의 제조Example 12 Preparation of Ethylene from Propane

실시예 8에서 실시예 1에서 제조된 촉매 대신 실시예 6에서 제조한 촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 제조하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.In Example 8, except that the catalyst prepared in Example 6 was used instead of the catalyst prepared in Example 1 was prepared in the same manner as in Example 8 and the results are shown in FIG.

[비교예 3] 프로판으로부터 에틸렌의 제조Comparative Example 3 Preparation of Ethylene from Propane

실시예 9에서 실시예 1에서 제조된 촉매 대신 H-ZSM-5 촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일하게 제조하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.In Example 9, except that the H-ZSM-5 catalyst instead of the catalyst prepared in Example 1 was prepared in the same manner as in Example 9 and the results are shown in FIG.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. In the present invention as described above has been described by specific embodiments and limited embodiments and drawings, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, the present invention Those skilled in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention. .

Claims (13)

a) 크롬계 또는 백금계 촉매 하에 프로판을 포함하는 공급원료를 탈수소화시켜 프로필렌함유 혼합물을 얻는 단계; 및
b) 상기 단계에서 얻어진 프로필렌함유 혼합물을 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매와 접촉시켜 프로필렌을 에틸렌으로 전환시키는 단계를 포함하는 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
a) dehydrogenating a feedstock comprising propane under a chromium-based or platinum-based catalyst to obtain a propylene-containing mixture; And
b) contacting the propylene-containing mixture obtained in the above step with an acid treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst or less to convert propylene into ethylene. Method for producing selective ethylene from propane containing.
크롬계 또는 백금계 촉매; 및 약 산성도가 0.145mmol/g-촉매 이하이며, 강 산성도가 0.410mmol/g-촉매 이하인 산 처리된 ZSM-5 촉매;가 포함된 반응기에 프로판을 포함하는 공급원료를 첨가하여 상기 프로판을 포함하는 공급원료를 상기 크롬계 또는 백금계 촉매 및 상기 산 처리된 ZSM-5 촉매와 접촉시켜 프로판으로부터 에틸렌을 제조하는 단계;를 포함하는 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.Chromium-based or platinum-based catalysts; And an acid-treated ZSM-5 catalyst having a weak acidity of 0.145 mmol / g-catalyst and a strong acidity of 0.410 mmol / g-catalyst or less; adding a feedstock including propane to the reactor including the propane; Contacting a feedstock with the chromium-based or platinum-based catalyst and the acid treated ZSM-5 catalyst to produce ethylene from propane. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 산 처리된 ZSM-5 촉매는 인산화합물로 처리되어 0.5 내지 5중량%의 인이 담지된 것인 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The acid-treated ZSM-5 catalyst is treated with a phosphoric acid compound to support 0.5 to 5% by weight of phosphorus is a method for producing selective ethylene from propane.
제 3항에 있어서,
상기 인산화합물은 인산, 제1인산암모늄염, 제2인산암모늄염, (C1-C10)알킬아인산 및 (C1-C10)알킬인산염에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 3, wherein
Wherein said phosphate compound is one or more selected from propane selected from phosphoric acid, ammonium monophosphate, diammonium phosphate, (C1-C10) alkylphosphorous acid and (C1-C10) alkylphosphate.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 산 처리된 ZSM-5 촉매는 염산, 암모늄헥사플루오로실리케이트, 옥살산 및 불화암모늄에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 산으로 처리된 것인 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein said acid treated ZSM-5 catalyst is treated with one or more acids selected from hydrochloric acid, ammonium hexafluorosilicate, oxalic acid and ammonium fluoride.
제 5항에 있어서,
상기 산 처리된 ZSM-5 촉매는 0.005 내지 0.5몰의 산으로 처리되는 것인 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein said acid treated ZSM-5 catalyst is treated with 0.005 to 0.5 moles of acid.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 약 산성도는 0.040 내지 0.110mmol/g-촉매이며, 강 산성도가 0.200 내지 0.410mmol/g-촉매인 특징으로 하는 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The weak acidity is 0.040 to 0.110 mmol / g-catalyst and the strong acidity is 0.200 to 0.410 mmol / g-catalyst.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 산 처리된 ZSM-5 촉매는 강산성도/약산성도가 0.10 내지 8.0인 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The acid-treated ZSM-5 catalyst has a strong acidity / weak acidity of 0.10 to 8.0 method of producing selective ethylene from propane.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 산 처리된 ZSM-5 촉매는 Si/Al2몰 비율이 23 내지 280인 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The acid-treated ZSM-5 catalyst is a method for producing selective ethylene from propane having a Si / Al 2 molar ratio of 23 to 280.
제 1항에 있어서,
상기 b)단계는 550 내지 610℃의 온도, 0.01 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.001 내지 0.125의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행되는 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
Step b) is an optional ethylene from propane carried out at a temperature of 550 to 610 ° C., a pressure of 0.01 to 1 MPa, an hourly space velocity of propylene of 0.1 to 10 hours −1 and a propylene and nitrogen dilution ratio of 1: 0.001 to 0.125 Manufacturing method.
제 2항에 있어서,
상기 단계는 550 내지 610℃의 온도, 0.01 내지 1MPa의 기압, 0.1 내지 10시간-1의 프로필렌의 시간당 중량공간속도 및 1:0.5 내지 1.5의 프로필렌과 질소 희석 비율에서 수행되는 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 2,
The step is the preparation of selective ethylene from propane carried out at a temperature of 550-610 ° C., a pressure of 0.01-1 MPa, an hourly space velocity of propylene of 0.1-10 hours −1 and a propylene-nitrogen dilution ratio of 1: 0.5-1.5. Way.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 크롬계 촉매는 Cr2O3/Al2O3인이며, 백금계 촉매는 Pt-Sn/Al2O3 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The chromium catalyst is Cr 2 O 3 / Al 2 O 3 phosphorus, the platinum catalyst is Pt-Sn / Al 2 O 3 phosphorus Process for the production of selective ethylene from propane.
제 1항에 있어서,
상기 탈수소화는 500 내지 610℃의 반응 온도에서 상기 프로판을 포함하는 공급원료의 중량공간속도(WHSV) 1 내지 15h-1 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 프로판으로부터 선택적 에틸렌의 제조방법.
The method of claim 1,
The dehydrogenation is a method for producing selective ethylene from propane, characterized in that carried out at a reaction temperature of 500 to 610 ° C at a weight space velocity (WHSV) of 1 to 15 h -1 conditions of the feedstock containing the propane.
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