KR20210043334A - Method of Preparing Catalysts for Fischer―Tropsch Synthesis Reaction and Method of Preparing Liquid Fuel Using the Catalysts - Google Patents

Method of Preparing Catalysts for Fischer―Tropsch Synthesis Reaction and Method of Preparing Liquid Fuel Using the Catalysts Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction. More particularly, the present invention relates to a method for preparing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction with increased reducibility and dispersion by changing the calcination temperature and calcination gas. In addition, the present invention relates to a method for preparing any one liquid fuel among gasoline, jet oil, or diesel having C5-C20 carbon number by using the Fischer-Tropsch synthesis reaction catalyst prepared by the method.

Description

피셔-트롭시 합성촉매의 제조방법 및 피셔-트롭시 합성촉매를 이용한 액체연료의 제조방법{Method of Preparing Catalysts for Fischer―Tropsch Synthesis Reaction and Method of Preparing Liquid Fuel Using the Catalysts}Method of Preparing Catalysts for Fischer-Tropsch Synthesis Reaction and Method of Preparing Liquid Fuel Using the Catalysts}

본 발명은 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소성온도와 소성가스에 따른 소성조건을 변경하여, 우수한 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 제조하는 방법 및 상기 제조방법으로 제조된 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 이용하여 액체연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction, and more particularly, a method for preparing an excellent Fischer-Tropsch catalyst for a synthesis reaction by changing the firing conditions according to the firing temperature and the firing gas, and the above It relates to a method of manufacturing a liquid fuel using the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction prepared by the manufacturing method.

피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성반응은 주로 천연가스, 석탄, 바이오매스로부터 유래된 합성가스(CO + H2)를 이용하여 촉매화학반응을 통해 탄화수소 혼합물 제조하는 반응이다. 전통 자원에 대한 의존도가 감소하고 원유 가격이 치솟음에 따라 천연가스의 일종인 매립지가스, 수반가스, remote 가스 같은 비전통 가스자원의 수요가 증가하고, 이로부터 얻어진 청정연료의 수요가 증가하고 있다. 최근 들어, 전 세계적으로 셰일가스의 매장량이 기하급수적으로 발견되고, 그로 인한 미래의 풍족한 매장량과 활용 가능성으로 인해 가스자원으로부터 유래한 합성가스를 이용하여 청정 액체연료를 만드는 방법인 피셔-트롭쉬 기술이 주목받고 있다. The Fischer-Tropsch synthesis reaction is a reaction in which a hydrocarbon mixture is prepared through a catalytic chemical reaction using synthetic gas (CO + H 2 ) mainly derived from natural gas, coal, and biomass. As the dependence on traditional resources decreases and crude oil prices soar, the demand for non-traditional gas resources such as landfill gas, accompanying gas, and remote gas, which are a kind of natural gas, is increasing, and the demand for clean fuel obtained therefrom is increasing. Recently, the reserves of shale gas have been discovered exponentially around the world, and the Fischer-Tropsch technology, which is a method of making clean liquid fuels using syngas derived from gas resources due to the abundant reserves and potential utilization in the future. This is attracting attention.

피셔-트롭쉬 합성반응은 기상의 반응물이 고체상의 촉매 표면에서 탄소 사슬 성장이 일어나고, 액체인 탄화수소 생성물이 생성되어 3가지 상에서 반응이 이루어진다. 발열이 큰 반응이기 때문에, 고정상의 반응기에서 촉매를 충진한 경우 촉매층에서 극심한 열이 발생하여 활성이 없고 열적 안정성이 좋은 희석제를 혼합하여 발열을 제어하여 반응한다. In the Fischer-Tropsch synthesis reaction, carbon chain growth occurs on the surface of a solid catalyst in a gaseous reaction product, and a liquid hydrocarbon product is produced, thereby reacting in three phases. Since the reaction is highly exothermic, when the catalyst is filled in a fixed-bed reactor, extreme heat is generated in the catalyst layer, and a diluent having no activity and good thermal stability is mixed to control the exotherm and react.

피셔-트롭쉬 합성반응에서 나오는 주요 생성물인 탄화수소의 생성 메커니즘은 주로 Anderson-Schulz-Folry(ASF) 분포를 따르며, 탄소수가 1인 메탄부터 탄소수가 20 이상인 탄화수소들까지 다양하고 넓은 범위로 생성이 된다. 이러한 ASF 분포에 의해 원하는 영역대의 탄화수소를 얻는데에 제한이 있기 때문에, 주로 액체연료 탄화수소인 중질유나 가솔린 탄화수소의 선택도는 최대 48 %로 제한되어 있다. 그래서 액체연료를 추가적으로 생산하기 위해 탄소수가 20 이상인 고비점의 왁스 생성물은 수첨분해의 후속 공정 및 탈왁스 공정이 필요하다. The main product of the Fischer-Tropsch synthesis reaction, the production mechanism of hydrocarbons, mainly follows the Anderson-Schulz-Folry (ASF) distribution, and is produced in a wide and diverse range from methane with 1 carbon to hydrocarbons with more than 20 carbons. . Due to this ASF distribution, there is a limit to obtaining hydrocarbons in the desired range, so the selectivity of heavy oil or gasoline hydrocarbons, which are mainly liquid fuel hydrocarbons, is limited to a maximum of 48%. Therefore, in order to additionally produce liquid fuel, a wax product having a high boiling point having 20 or more carbon atoms needs a subsequent process of hydrolysis and a dewaxing process.

수송용 연료 생산을 목적으로 피셔-트롭시 합성을 수행할 경우 중간 정도의 탄소수(가솔린:C5-C12, 디젤:C12~C20)로 구성된 합성유를 선택적으로 생산할 필요성이 있으며, 피셔-트롭시 반응의 생성물이 ASF 분포 법칙을 따르지 않도록 해야한다. 이때 피셔-트롭시 촉매와 고체산 촉매를 결합함으로서 피셔-트롭시 생성물이 탄소수 분포를 조절하는 것이 가능하다.When Fischer-Tropsch synthesis is performed for the purpose of producing transportation fuel, it is necessary to selectively produce synthetic oil composed of medium carbon number (gasoline: C 5 -C 12 , diesel: C 12 ~ C 20 ). Make sure that the products of the Tropsey reaction do not follow the ASF distribution law. At this time, by combining the Fischer-Tropsch catalyst and the solid acid catalyst, it is possible to control the carbon number distribution of the Fischer-Tropsch product.

한편, 피셔-트롭쉬 합성반응에서 현재 널리 쓰이는 촉매는 코발트와 철 촉매가 있다. 코발트 촉매의 경우 활성이 높고 촉매의 안정성으로 인하여 수명이 좋으며, 생성물로는 선형 파라핀계열의 탄화수소가 생성이 된다. 철 촉매의 경우 코발트 촉매보다 가격이 저렴하고, 높은 온도의 영역에서 메탄의 선택도가 적고 수성화 반응을 통하여 피셔-트롭쉬 반응에 최적인 H2/CO = 2.0보다 높거나 낮아도 평형을 유지하면서 반응이 가능하다는 큰 장점이 있다.Meanwhile, catalysts currently widely used in the Fischer-Tropsch synthesis reaction include cobalt and iron catalysts. In the case of a cobalt catalyst, the activity is high and the life is good due to the stability of the catalyst, and a linear paraffinic hydrocarbon is produced as a product. Iron catalysts are cheaper than cobalt catalysts, have less selectivity for methane in the high temperature range, and maintain equilibrium even if it is higher or lower than H 2 /CO = 2.0, which is optimal for Fischer-Tropsch reaction through aqueous reaction. There is a great advantage that reaction is possible.

또한, 일반적으로 고가의 활성성분을 분산시키기 위하여 사용되는 방법으로서 고표면적의 지지체로 알루미나, 실리카, 티타니아 등에 코발트 성분 및 기타 활성 증진 물질을 첨가하여 촉매를 제조한다. 구체적으로 활성성분인 코발트의 분산성을 증진하기 위하여 상기의 지지체를 한성분 또는 혼합된 형태로 제조된 촉매가 상업적으로 활용되고 있지만, 코발트의 입자 크기가 유사한 경우에는 지지체의 종류에 따른 F-T 반응의 활성의 변화는 적은 것으로 보고되어 있다[Applied Catlysis A 161 (1997) 59]. 오히려 F-T 반응의 활성은 코발트 성분의 분산성 및 입자크기에 따라서 크게 영향을 받는 것으로 보고 되어 있다[Journal of American Chemical Society, 128 (2006) 3956].In addition, as a method generally used to disperse an expensive active ingredient, a catalyst is prepared by adding a cobalt component and other activity enhancing substances to alumina, silica, titania, etc. as a support having a high surface area. Specifically, in order to improve the dispersibility of the active ingredient cobalt, a catalyst prepared in a single component or mixed form of the above support is commercially used, but when the particle size of cobalt is similar, the FT reaction according to the type of support Little change in activity has been reported [Applied Catlysis A 161 (1997) 59]. Rather, it has been reported that the activity of the F-T reaction is greatly affected by the dispersibility of the cobalt component and the particle size [Journal of American Chemical Society, 128 (2006) 3956].

또한, 코발트계 촉매의 제조동안 사용되는 소성 조건은 코발트 종의 표면상태에 큰 영향을 주며, 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 활성 증진 및 안정성을 증진시키는 등 촉매적인 특성을 결정한다.In addition, the firing conditions used during the preparation of the cobalt-based catalyst have a great influence on the surface condition of the cobalt species, and determine catalytic properties such as enhancing the activity and stability of the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction.

종래의 기술로서, 미국등록특허 제7585808호에서는 촉매활성을 증가시키기 위해 촉매활성 금속으로 루테늄을 사용하고 트리에탄올아민으로 처리하여 제조하는 피셔-트롭쉬 반응용 촉매 제조방법을 개시한 바 있고, 미국등록특허 제5928983호에서는 산화성 알코올, 산화성 알데하이드 또는 산화성 케톤, 그 중에서도 특히 글리옥살을 첨가하여 제조된 코발트계 피셔트롭쉬 촉매를 개시한 바 있으며, 미국특허 제5968991호에서는 내화성 무기 담체에 코발트, HOOC-(CRR')n-COOH로 표시되는 다관능성 카르복시산(multifunctional carboxylic acid) 및 레늄을 포함하는 용액을 함침시키고 건조하여 촉매를 활성화시키는 공정을 개시한 바 있다. As a conventional technique, U.S. Patent No. 7585808 discloses a method for preparing a catalyst for Fischer-Tropsch reaction, which is prepared by using ruthenium as a catalytically active metal and treating with triethanolamine to increase catalytic activity. Patent No. 5928983 discloses a cobalt-based Fischer Tropsch catalyst prepared by adding an oxidizing alcohol, an oxidizing aldehyde or an oxidizing ketone, especially glyoxal. A process of activating a catalyst by impregnating and drying a solution containing a multifunctional carboxylic acid represented by (CRR')n-COOH and rhenium has been disclosed.

그러나, 수송용 연료 생산을 목적으로한 중간 정도의 탄소수(가솔린:C5-C12, 디젤:C12~C20)로 구성된 합성유를 선택적으로 생산할 수 있는 피셔-트롭쉬 합성촉매의 개발을 위한, 촉매 제조시 소성가스 및 온도를 조절하여 촉매의 활성증진시키는 것에 대한 지속적인 연구의 필요성이 여전히 존재한다.However, for the development of a Fischer-Tropsch synthetic catalyst that can selectively produce synthetic oil composed of medium carbon atoms (gasoline: C 5 -C 12 , diesel: C 12 ~ C 20 ) for the purpose of producing fuel for transportation. In addition, there is still a need for continuous research on enhancing the activity of the catalyst by controlling the calcination gas and temperature in the manufacture of the catalyst.

미국등록특허 제7585808호 (공개일: 2006.07.27)US Patent No. 7585808 (published on July 27, 2006) 미국등록특허 제5928983호 (공고일: 1999.07.27)U.S. Patent No. 5928983 (Announcement date: 1999.07.27) 미국등록특허 제5968991호 (공고일: 1999.10.19)U.S. Patent No. 5968991 (Announcement date: 1999.10.19)

본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소성가스 및 소성온도를 변경하여, C5 내지 C20의 탄화수소에 대한 선택도가 높은 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.The main object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a method for preparing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction having high selectivity for hydrocarbons of C5 to C20 by changing the firing gas and the firing temperature. have.

또한, 본 발명의 목적은 상기 제조방법에 의해 제조되고, 합성가스로부터 C5 내지 C20의 탄화수소를 선택적으로 제조할 수 있는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 제공하는데 있다. It is also an object of the present invention to provide a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction, which is prepared by the above production method and capable of selectively producing C5 to C20 hydrocarbons from synthesis gas.

또한, 본 발명의 목적은 상기 제조방법에 의해 제조되고, 합성가스로부터 C5 내지 C20의 탄화수소를 포함하는 액체연료를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. In addition, it is an object of the present invention to provide a method for producing a liquid fuel comprising a hydrocarbon of C5 to C20 from syngas produced by the above production method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 촉매 담체에 코발트 전구체, 무기 바인더, 산 첨가제 및 용매를 혼합하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 압출 성형하여 성형 촉매를 형성하는 단계; (c) 상기 성형 촉매를 건조하는 단계; 및 (d) 상기 건조된 성형 촉매를 질소(N2) 분위기 하에서 소성하는 단계;를 포함하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: (a) mixing a cobalt precursor, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent in a catalyst carrier; (b) forming a molding catalyst by extrusion molding the mixture of step (a); (c) drying the shaping catalyst; And (d) calcining the dried shaped catalyst in a nitrogen (N 2 ) atmosphere; Fischer-Tropsch provides a method for producing a catalyst for synthesis reaction comprising a.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (a) 단계에서의 촉매 담체는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 이트리아, 질화규소, 질화티탄늄, 텅스텐 카바이드 및 보론 카바이드로부터 선택된 금속의 탄화물, 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst carrier in step (a) is alumina, zirconia, silica, mullite, silicon carbide, titanium carbide, titanium oxide, titanium diboride, yttria, silicon nitride, titanium nitride, tungsten It may be a carbide, an oxide, a nitride, a sulfide of a metal selected from carbide and boron carbide, or a mixture thereof.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (a) 단계에서의 촉매 담체는 제올라이트일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst carrier in step (a) may be zeolite.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (a) 단계에서의 무기 바인더는 알루미늄 트리하이드록사이드(aluminum trihydroxide), 보헤마이트(boehmite) 및 슈도-보헤마이트(pseudo-boehmite) 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the inorganic binder in the step (a) is a group consisting of aluminum trihydroxide, boehmite, and pseudo-boehmite, and combinations thereof. Can be chosen from.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (a) 단계에서의 산 첨가제는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 붕산 및 과염소산 및 In a preferred embodiment of the present invention, the acid additive in step (a) is hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, boric acid and perchloric acid, and

이의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.It may be selected from the group consisting of a combination thereof.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (a) 단계는 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 코발트 1 중량부 내지 50 중량부를 혼합할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, in the step (a), 1 to 50 parts by weight of cobalt may be mixed with respect to 100 parts by weight of the catalyst carrier.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (d) 단계의 소성은 300 ℃ ~ 500 ℃에서 1 시간 ~ 24 시간 동안 수행할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the sintering of step (d) may be performed at 300° C. to 500° C. for 1 hour to 24 hours.

또한, 본 발명의 일 구현예는 상기 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction, characterized in that it is prepared by the method for preparing a catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매는 상기 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 의해 제조되고, 환원도가 68 이상일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction is prepared by the method for preparing the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction, and the reduction degree may be 68 or more.

또한, 본 발명의 또 다른 일 구현예는 a) 상기 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 피셔-트롭쉬 합성 반응기에 투입하는 단계; b) 상기 피셔-트롭쉬 합성 반응기에서 합성가스를 주입하는 단계; 및 c) 상기 피셔-트롭쉬 합성 반응기내 합성가스로부터 액체연료를 합성하는 단계;를 포함하는 액체연료의 제조방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention is a) the step of introducing the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction into the Fischer-Tropsch synthesis reactor; b) injecting syngas in the Fischer-Tropsch synthesis reactor; And c) synthesizing liquid fuel from syngas in the Fischer-Tropsch synthesis reactor.

본 발명에 따른 촉매의 제조방법으로 제조된 촉매는 피셔-트롭쉬 합성반응에 있어서, CO 전환율이 높을 뿐만 아니라, C5 내지 C20의 탄화수소에 대한 높은 선택도를 나타내어 합성가스로부터 액체연료를 제조하는 피셔-트롭쉬 합성에 유용하게 사용될 수 있다. The catalyst prepared by the method for producing a catalyst according to the present invention has a high CO conversion rate in the Fischer-Tropsch synthesis reaction, as well as a high selectivity for C5 to C20 hydrocarbons, thereby producing liquid fuel from syngas. -It can be usefully used for tropsch synthesis.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매의 CO 전환율 및 생성물의 선택도 측정 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매의 환원성 그래프이다.
1 is a graph for measuring CO conversion and product selectivity of a catalyst according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the reducibility of a catalyst according to another embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs. In general, the nomenclature used in this specification is well known and commonly used in the art.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the entire specification of the present application, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified.

본 발명은 (a) 촉매 담체에 코발트(Co) 전구체, 무기 바인더, 산 첨가제 및 용매를 혼합하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 압출 성형하여 성형 촉매를 형성하는 단계; (c) 상기 성형 촉매를 건조하는 단계; 및 (d) 상기 건조된 성형 촉매를 질소(N2)를 포함하는 분위기 하에서 소성하는 단계;를 포함하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of (a) mixing a cobalt (Co) precursor, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent in a catalyst carrier; (b) forming a molding catalyst by extrusion molding the mixture of step (a); (c) drying the shaping catalyst; And (d) calcining the dried shaped catalyst in an atmosphere containing nitrogen (N 2 ). It relates to a method for producing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction comprising.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법은 촉매 담체; 코발트(Co) 전구체; 무기 바인더; 산 첨가제; 및 용매;를 포함하여 혼합하고, 이를 압출 성형한 후 건조 및 소성 공정을 거쳐 촉매를 제조함으로써, CO 전환율 및 탄소수 C5 이상의 탄화수소의 선택도가 높은 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 수득할 수 있다.More specifically, a method for preparing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction according to the present invention includes a catalyst carrier; Cobalt (Co) precursor; Inorganic binders; Acid additives; And a solvent; by mixing and extrusion molding the catalyst, followed by drying and sintering to prepare a catalyst, it is possible to obtain a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction having high CO conversion and selectivity of a hydrocarbon having a carbon number of C5 or more. .

본 발명에 따른 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법은 먼저, 촉매 담체에 코발트(Co) 전구체, 무기 바인더, 산 첨가제 및 용매를 혼합하여 혼합물을 수득한다[(a) 단계].In the method for preparing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction according to the present invention, first, a cobalt (Co) precursor, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent are mixed with a catalyst carrier to obtain a mixture [Step (a)].

상기 촉매 담체는 피셔-트롭쉬 합성반응에서 원하는 탄화수소 생성물의 분포에 따라서 산점을 갖는 담체 성분이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 일 예로 알루미나, 지르코니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 이트리아, 질화규소, 질화티탄늄, 텅스텐 카바이드 및 보론 카바이드로부터 선택된 금속의 탄화물, 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 후술되는 무기무기 바인더와 친화성이 좋은 규산알루미늄 수화물인 제올라이트일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 Si/Al 비가 10 ~ 200인 ZSM-5를 사용할 수 있다.The catalyst carrier can be used without limitation as long as it is a carrier component having an acid point according to the distribution of the desired hydrocarbon product in the Fischer-Tropsch synthesis reaction.For example, alumina, zirconia, silica, mullite, silicon carbide, titanium carbide, titanium oxide, titanium Diboride, yttria, silicon nitride, titanium nitride, tungsten carbide and boron carbide of a metal selected from carbides, oxides, nitrides, sulfides, or mixtures thereof, preferably has an affinity with the inorganic-inorganic binder described below. It may be a zeolite, which is a good aluminum silicate hydrate, even more preferably Si/Al ZSM-5 with a ratio of 10 to 200 can be used.

본 발명에 따른 촉매 담체는 다공성 물질로 많은 기공을 포함하고 있어 기공 내에 촉매 활성성분을 담지하여 반응성을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 촉매 활성 성분을 충분히 지지할 수 있고, 촉매 활성성분과의 반응성이 없으며 온도 변화에 민감하지 않는 물질로 선택할 수 있다.The catalyst carrier according to the present invention is a porous material and contains many pores, so it can effectively improve the reactivity by supporting the catalytic active component in the pores, can sufficiently support the catalytic active component, and has no reactivity with the catalytic active component. It can be selected as a material that is not sensitive to temperature changes.

상기 촉매 담체는 통상적인 방법으로 분쇄 또는 제조되는 분말 형태로, 평균 입경이 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 바람직하게는 10 내지 200 ㎛로일 수 있다. 상기 촉매 담체의 평균 입경이 1 ㎛ 미만이면 촉매의 기계적 물성이 떨어질 수 있지는 동시에 기공의 크기가 작아 촉매 활성성분의 담지율이 떨어질 수 있고, 500 ㎛를 초과하면 혼합물 내 유동성이 작아 압출 특성이 저하될 뿐만 아니라, 표면적이 작아져 촉매 활성성분의 반응성이 저하될 수 있다. The catalyst carrier may be pulverized or prepared by a conventional method, and may have an average particle diameter of 1 µm to 500 µm, preferably 10 to 200 µm. If the average particle diameter of the catalyst carrier is less than 1 µm, the mechanical properties of the catalyst may be deteriorated, and at the same time, the support rate of the catalytic active ingredient may decrease due to the small pore size. If it exceeds 500 µm, the fluidity in the mixture is small and the extrusion characteristics decrease. In addition, the surface area may be small, so that the reactivity of the catalytically active component may be lowered.

상기 코발트(Co) 전구체는 피셔-트롭쉬 합성 반응에 적용될 수 있는 촉매 활성성분의 코발트(Co) 전구체이면 제한 없이 사용 가능하고, 수용성 전구체로서 산화물염, 옥시수산화물염, 염화물염, 탄산염, 초산염, 시트르산염, 니토로실질산염, 질산염. 수산화염. 옥살산염, 카르복시산염, 황산염 및 지용성 전구체로서 탄화수소가 포함된 알콕시 전구체, 암모늄 전구체 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.The cobalt (Co) precursor can be used without limitation as long as it is a cobalt (Co) precursor of a catalytically active component that can be applied to the Fischer-Tropsch synthesis reaction, and as a water-soluble precursor, an oxide salt, oxyhydroxide salt, chloride salt, carbonate, acetate, Citrate, nitrosylnitrate, nitrate. Hydroxide salts. Examples include, but are not limited to, oxalate, carboxylate, sulfate, and alkoxy precursors containing hydrocarbons as fat-soluble precursors, ammonium precursors, and the like.

이때, 상기 코발트(Co) 전구체 중의 코발트(Co)는 (a) 단계의 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 1 중량부 내지 50 중량부, 바람직하게는 10 중량부 내지 20 중량부를 포함하는 것으로, 코발트(Co) 전구체의 금속이 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 1 중량부 미만으로 첨가될 경우, 촉매 담체에 담지된 금속 함량이 너무 적어 반응의 활성이 저하될 수 있고, 촉매 담체 대비 담지된 금속의 양의 비율이 작아 효율적으로 촉매를 제조할 수 없으며, 50 중량부를 초과할 경우에는 촉매 담체에 담지되는 금속의 양이 너무 많아 촉매 제조과정에서 촉매 담체에 온전히 담지되지 않아 금속의 일부가 침출되는 동시에 촉매 담체와 금속 간 상호 작용이 약해져 촉매 반응 중에 금속 입자간의 신터링이 일어날 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.At this time, the cobalt (Co) in the cobalt (Co) precursor contains 1 part by weight to 50 parts by weight, preferably 10 parts by weight to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the catalyst carrier in step (a), If the metal of the (Co) precursor is added in an amount of less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier, the content of the metal supported on the catalyst carrier may be too small to reduce the activity of the reaction. Since the ratio of the amount is small, it is not possible to efficiently prepare the catalyst. If the amount exceeds 50 parts by weight, the amount of metal supported on the catalyst support is too large, and it is not fully supported on the catalyst support during the catalyst production process, so that a part of the metal is leached at the same time. The interaction between the catalyst carrier and the metal is weakened, and thus sintering between the metal particles may occur during a catalytic reaction.

한편, 상기 무기 바인더는 촉매 담체 파우더를 서로 결합시켜 응집 및 점성을 부여하는 한편, 조성물에 유동성과 흐름성을 부여하여 압출을 용이하게 한다. 상기 무기무기 바인더로는 알루미늄 트리하이드록사이드(aluminum trihydroxide), 보헤마이트(boehmite) 및 슈도-보헤마이트(pseudo-boehmite)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 산성에 적합한 특성을 가지는 보헤마이트(boehmite)를 사용할 수 있다.On the other hand, the inorganic binder bonds the catalyst carrier powder to each other to impart cohesion and viscosity, while imparting fluidity and fluidity to the composition to facilitate extrusion. The inorganic-inorganic binder may be one or more selected from the group consisting of aluminum trihydroxide, boehmite, and pseudo-boehmite, preferably properties suitable for acidity. You can use boehmite with

특히, 상기 무기 바인더로 사용되는 보헤마이트(boehmite)는 수산화기(-OH)가 1개인 1가인 γ-AlO(OH)로, 열처리조건 및 방법에 따라서 다양한 Al2O3의 형태를 갖는다. 이러한 보헤마이트는 Al2O3 대비 고강도, 고산도, 고결정, 고성장 Al2O3이며, 감마/델타/세타/알파 Al2O3의 시작 물질로서 열적/구조적 성질이 우수한 특성을 가지고 있어 유기무기 바인더와 광경화제 없이도 촉매구조체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.In particular, boehmite used as the inorganic binder is a monovalent γ-AlO(OH) having one hydroxyl group (-OH), and has a variety of Al 2 O 3 forms depending on heat treatment conditions and methods. This boehmite is high strength, high acidity, high crystallization, high growth Al 2 O 3 compared to Al 2 O 3 , and has excellent thermal/structural properties as a starting material for gamma/delta/theta/alpha Al 2 O 3 It is possible to improve the mechanical properties of the catalyst structure without an inorganic binder and a photocuring agent.

본 발명에 따른 무기 바인더는 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 10 중량부 내지 90 중량부, 바람직하게는 10 중량부 내지 80 중량부, 더욱 바람직하게는 10 중량부 내지 50 중량부를 포함하는 것으로, 무기 바인더가 촉매 담체 파우더 100 중량부에 대하여, 10 중량부 미만으로 혼합될 경우, 촉매 담체 파우더의 결합력이 저하되어 촉매구조체 강도가 취약해질 수 있고, 90 중량부를 초과할 경우에는 촉매구조체 내의 기공율을 감소시킬 수 있다.The inorganic binder according to the present invention contains 10 parts by weight to 90 parts by weight, preferably 10 parts by weight to 80 parts by weight, more preferably 10 parts by weight to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, If the inorganic binder is mixed with less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier powder, the bonding strength of the catalyst carrier powder may decrease, resulting in weak catalyst structure strength, and if it exceeds 90 parts by weight, the porosity in the catalyst structure may be reduced. Can be reduced.

또한, 산 첨가제는 촉매 담체, 코발트(Co) 전구체가 함유된 혼합물을 교질화시키는 역할로, 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 0.5 중량부 미만인 경우에는 혼합물의 교질화가 제대로 이루어지지 않아 촉매의 기계적 물성이 떨어지는 문제점이 발생될 수 있고, 70 중량부를 초과할 경우에는 혼합물의 점도가 높아 성형 특성이 저하되고, 제조된 촉매의 활성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 이에, 산 첨가제는 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 0.5 중량부 ~ 70 중량부, 바람직하게는 3 중량부 ~ 20 중량부인 것이 좋다.In addition, the acid additive serves to gelatinize a mixture containing a catalyst carrier and a cobalt (Co) precursor, and if it is less than 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier, the mixture is not properly gelled and the catalyst has mechanical properties. Falling problems may occur, and if it exceeds 70 parts by weight, the viscosity of the mixture may be high, resulting in a decrease in molding properties, and a problem in that the activity of the prepared catalyst may be decreased. Accordingly, the acid additive is preferably 0.5 parts by weight to 70 parts by weight, preferably 3 parts by weight to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the catalyst carrier.

한편, 산 첨가제는 3D 프린팅 잉크 조성물을 교질화시키는 역할을 한다.On the other hand, the acid additive serves to gelatinize the 3D printing ink composition.

이때, 상기 산 첨가제로는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 붕산 및 과염소산으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 질산일 수 있다.At this time, the acid additive may be at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, boric acid, and perchloric acid, and preferably nitric acid.

또한, 용매는 혼합물 내의 함유된 성분들을 균일하게 혼합시키고, 점도를 제어하여 촉매의 강도를 증진시키는 것으로, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤 등의 극성 용매를 사용할 수 있고, 환경적인 측면에서는 바람직하게 물을 사용할 수 있다.In addition, the solvent is to improve the strength of the catalyst by uniformly mixing the components contained in the mixture and controlling the viscosity. Polar solvents such as water, methanol, ethanol, propanol, butanol, and acetone can be used, and environmental aspects Water can be preferably used.

상기 용매는 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 50 중량부 내지 100 중량부를 포함하다. 상기 용매가 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 50 중량부 미만으로 혼합될 경우에는 혼합물의 점도가 높아져 압출할 때 정량적인 토출이 어려우며, 100 중량부를 초과할 경우에는 혼합물의 점도가 너무 낮아져 성형이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다. The solvent contains 50 parts by weight to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier. If the solvent is mixed with less than 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst carrier, the viscosity of the mixture becomes high, making it difficult to discharge quantitatively when extruding, and if it exceeds 100 parts by weight, the viscosity of the mixture is too low to ensure proper molding. Problems that cannot be achieved may occur.

이와 같이 촉매 담체, 코발트(Co) 전구체, 무기 바인더, 산 첨가제 및 용매가 혼합된 혼합물은 점도(상온)가 100 cps ~ 5,000 cps, 바람직하게는 100 cps ~ 1,000 cps 이하일 수 있다. 만일 상기 혼합물의 점도가 100 cps 미만일 경우에는 압출 성형 후 형태 유지가 어려워 고정밀, 고품질의 성형 촉매를 제조하기 어렵고, 5,000 cps를 초과할 경우에는 성형 촉매의 정밀제어가 어렵고, 소성시 수축 및 균열현상이 발생될 수 있다. As such, a mixture of a catalyst carrier, a cobalt (Co) precursor, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent may have a viscosity (at room temperature) of 100 cps to 5,000 cps, preferably 100 cps to 1,000 cps or less. If the viscosity of the mixture is less than 100 cps, it is difficult to maintain its shape after extrusion molding, making it difficult to manufacture a high-precision and high-quality molding catalyst. If it exceeds 5,000 cps, it is difficult to precisely control the molding catalyst, and shrinkage and cracking during firing. Can occur.

이후, 수득된 상기 혼합물은 압출 성형하여 성형 촉매를 형성한다[(b) 단계].Thereafter, the obtained mixture is extrusion-molded to form a shaping catalyst [Step (b)].

상기 압출 성형은 통상적으로 성형 촉매의 제조 시 사용되는 압출 성형 방법, 장치 및 조건인 경우 특별히 제한되지 않는다.The extrusion molding is not particularly limited in the case of an extrusion molding method, apparatus, and conditions typically used in the production of a molding catalyst.

이와 같이 압출 성형된 소정 형상의 성형 촉매는 건조시켜 용매를 증발시켜 건조된 성형 촉매를 수득한다.[(c) 단계].The molding catalyst having a predetermined shape extruded as described above is dried to evaporate the solvent to obtain a dried molding catalyst [Step (c)].

이때, 상기 압출 성형된 성형 촉매의 건조는 100 ℃ ~ 200 ℃에서 1 시간 ~ 24 시간 동안 수행하는 것이 바람직하며, 열풍, 항온항습, 마이크로웨이브 등의 통상의 방법을 사용하여 건조시킬 수 있다.At this time, the drying of the extrusion-molded catalyst is preferably performed at 100° C. to 200° C. for 1 hour to 24 hours, and may be dried using conventional methods such as hot air, constant temperature and humidity, and microwave.

상기 건조는 100~200 ℃ 범위에서 수행되는 바, 100 ℃ 미만이면 촉매의 제조 시에 사용된 용매가 지지체의 기공 내에서 원활하게 증발하지 못하여 촉매의 소성 과정에서 코발트(Co)의 응집현상이 발생하여 분산성이 감소할 수 있으며, 200 ℃를 초과하는 경우에는 지지체의 기공 내에서의 용매의 급격한 탈착으로 인한 코발트 성분의 응집현상이 발생할 수 있으므로, 상기 온도범위를 유지하는 것이 바람직하다.The drying is carried out in the range of 100 to 200 ℃, and if it is less than 100 ℃, the solvent used in the preparation of the catalyst does not evaporate smoothly in the pores of the support, resulting in agglomeration of cobalt (Co) during the sintering of the catalyst. Thus, the dispersibility may be reduced, and if it exceeds 200°C, cobalt components may be agglomerated due to rapid desorption of the solvent in the pores of the support, so it is preferable to maintain the above temperature range.

마지막으로, 촉매 담체 고유의 강도와 경도를 증진시키기 위해 소성을 수행하여 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 제조한다[(d) 단계].Finally, firing is performed to improve the inherent strength and hardness of the catalyst carrier to prepare a catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction [Step (d)].

상기 건조된 성형 촉매의 소성은 촉매 담체의 종류에 따라 고유한 유리전이온도를 고려하여 다양하게 변경할 수 있으나, 소성 단계에서 성형 촉매의 크랙 없이 압출된 형태를 그대로 유지하면서 CO 전환율 및 탄소수 C5 이상의 탄화수소의 선택도가 높은 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 수득하기 위해, 바람직하게는 질소(N2) 함유 분위기에서 300 ℃ ~ 500 ℃로 1시간 ~ 24 시간 동안 소성할 수 있다. The sintering of the dried molding catalyst can be variously changed in consideration of the inherent glass transition temperature according to the type of catalyst carrier.However, in the sintering step, while maintaining the extruded form without cracking of the molding catalyst, CO conversion and carbon number of hydrocarbons of C5 or more In order to obtain a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction having high selectivity, it may be calcined for 1 hour to 24 hours at 300° C. to 500° C. in an atmosphere containing nitrogen (N2).

본 발명에 있어서, 건조된 성형 촉매를 300~600 ℃ 범위에서 소성하는바, 상기 소성온도가 300 ℃ 미만이면, 코발트와 담체와의 적절한 상호작용이 형성되지 못하여, 반응 중에 입자가 커지는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 600 ℃를 초과하는 경우에는 코발트 성분의 입자가 증가하여 분산성이 감소하며, 코발트 실리케이트나 코발트 알루미네이트를 형성하여 CO 전환율 및 탄소수 C5 이상의 탄화수소의 선택도가 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 소성 영역을 유지할 필요성이 있다.In the present invention, the dried molding catalyst is calcined in the range of 300 to 600° C., and if the calcining temperature is less than 300° C., an appropriate interaction between cobalt and the support cannot be formed, resulting in a phenomenon in which particles become larger during the reaction. I can. In addition, if it exceeds 600 ℃, the dispersibility decreases due to the increase of the particles of the cobalt component, and the formation of cobalt silicate or cobalt aluminate There is a need to maintain the above sintered area because the CO conversion rate and the selectivity of the hydrocarbon having C5 or more may decrease.

본 발명은 일반적으로 사용하는 질소(N2) 함유 가스의 열전도도(thermal conductivity)는 300K 기준 0.030 w/mK 이하인 것이 바람직하며, 그 이상일 경우 소성가스의 열전도의 증가로 촉매 코발트 입자가 커지며 활성이 감소는 문제가 있어 0.030 w/mK 이하의 열전도도를 나타내는 소성 가스를 사용하여 소성해야한다.In the present invention, it is preferable that the thermal conductivity of a gas containing nitrogen (N2) generally used is 0.030 w/mK or less based on 300K, and if it is higher than that, the catalytic cobalt particles increase and the activity decreases due to the increase in the thermal conductivity of the calcined gas. Since there is a problem, it must be fired using a firing gas exhibiting a thermal conductivity of 0.030 w/mK or less.

이때, 급격한 온도변화는 용매의 급격한 증발 및 산화로 압출된 구조체 형태를 유지하지 못하기 때문에 크랙 및 공극이 발생되어 강도가 현저히 떨어지기 때문에 1분당 10 ℃ 이하의 온도로 점진적으로 상승시켜 제조하는 것이 바람직하다.At this time, since the rapid temperature change cannot maintain the shape of the extruded structure due to rapid evaporation and oxidation of the solvent, cracks and voids are generated and the strength is significantly reduced. Therefore, it is recommended to gradually increase the temperature to a temperature of 10 ℃ or less per minute. desirable.

또한, 본 발명은 상기의 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 의해 제조된 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 제공한다.In addition, the present invention provides a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction prepared by the method for preparing a catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction described above.

또한, 전술된 바와 같이 제조된 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매는 C5 내지 C20의 탄화수소에 대한 높은 선택도를 나타내어 합성가스로부터 액체연료를 제조하는 피셔-트롭쉬 합성에 유용하게 사용할 수 있다.In addition, the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction prepared as described above exhibits high selectivity for hydrocarbons of C5 to C20, and thus can be usefully used in the Fischer-Tropsch synthesis for producing liquid fuel from syngas.

본 발명의 다른 관점에서는, a) 상기의 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 피셔-트롭쉬 합성 반응기에 투입하는 단계; b) 상기 피셔-트롭쉬 합성 반응기에서 합성가스를 주입하는 단계; 및 c) 상기 피셔-트롭쉬 합성 반응기내 합성가스로부터 액체연료를 합성하는 단계;를 포함하는 액체연료의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the present invention, a) adding the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction to the Fischer-Tropsch synthesis reactor; b) injecting syngas in the Fischer-Tropsch synthesis reactor; And c) synthesizing liquid fuel from syngas in the Fischer-Tropsch synthesis reactor.

먼저, a) 단계 이전에 본 발명에 따른 촉매를 수소 분위기 (5% H2) 하에서 상기 촉매가 환원 가능한 온도 (250~4000 ℃)에서 환원시켜 촉매 활성을 향상시키는 과정이 수행될 수 있으며, 고정층 반응기 튜브에 상기 촉매를 장착한 후 250~350 ℃에서 2~10 시간 동안 5% 수소(H2) 가스를 유소 50~200 ml/min 속도로 흘려주어 촉매를 환원시킬 수 있다. 촉매를 수소 분위기 하에서 환원시킨 후 상기 환원된 촉매를 고정층 반응기에 장착한다(a)단계). First, prior to step a), a process of improving catalytic activity may be performed by reducing the catalyst according to the present invention in a hydrogen atmosphere (5% H 2 ) at a temperature at which the catalyst can be reduced (250 to 4000 °C), and After mounting the catalyst in the reactor tube, the catalyst may be reduced by flowing 5% hydrogen (H 2 ) gas at 250 to 350° C. for 2 to 10 hours at a rate of 50 to 200 ml/min. After reducing the catalyst in a hydrogen atmosphere, the reduced catalyst is mounted in a fixed bed reactor (step a)).

이어서, 상기 b) 단계는 상기 고정층 반응기에 합성가스를 주입하는 과정이다. 구체적으로 상기 b) 단계에서 원료로 사용하는 합성가스는 수소(H2) 및 일산화 탄소(CO)를 함유하고 있으며, H2/CO의 몰비가 0.1~3 범위, 바람직하게는 H2/CO 몰비가 1~2인 합성가스를 사용한다. 만일, 상기 합성가스의 H2/CO의 몰비가 0.1 미만일 경우, 탄소 침적율이 증가하여 촉매 수명이 짧아질 수 있으며, H2/CO의 몰비가 3을 초과할 경우에는 수소화(hydrogenation)가 촉진됨에 따라 불필요한 메탄 및 단쇄 파라핀의 선택도가 증가하게 된다.Subsequently, step b) is a process of injecting syngas into the fixed bed reactor. Specifically, the b) the synthesis gas used in the step as a raw material is a hydrogen (H 2) and carbon monoxide (which contains CO), H 2 / CO molar ratio of 0.1 to 3 range, preferably H 2 / CO molar ratio Synthetic gas of 1 to 2 is used. If the molar ratio of H 2 /CO in the syngas is less than 0.1, the carbon deposition rate increases and the catalyst life may be shortened, and if the molar ratio of H 2 /CO exceeds 3, hydrogenation is promoted. As a result, the selectivity of unnecessary methane and short-chain paraffin increases.

또한, 상기 b) 단계는 상기 합성가스는 1 ~ 5 MPa 범위 내에서 고정층 반응기에 주입되어 반응되는 것이 바람직하다. 상기 압력이 1 MPa 미만일 경우 합성가스의 용해도가 낮아 반응 활성이 낮은 단점이 존재하고 5 MPa 이상일 경우 촉매의 수열안정성이 낮아져 반응 활성이 낮아질 수 있다.In addition, in the step b), the syngas is preferably reacted by being injected into a fixed bed reactor within a range of 1 to 5 MPa. When the pressure is less than 1 MPa, the solubility of the synthesis gas is low, and the reaction activity is low, and when the pressure is 5 MPa or more, the hydrothermal stability of the catalyst is lowered, so that the reaction activity may be lowered.

상기 c) 단계는 피셔-트롭쉬 반응의 공정온도가 비교적 낮은 온도인 200 ~ 260 ℃ 범위이며, 연쇄 반응확률 (chain propagation probability)을 높일 수 있어 상대적으로 생성물의 탄소를 증가시킬 수 있다. 또한 열역학을 고려하였을 때 파라핀 생성보다, 올레핀 및 iso paraffin의 생성이 유리하다. 그러나, 반응온도가 200 ℃ 미만이면 불필요한 높은 비점의 생성물이 촉매에 강하게 흡착되어 선택적 비활성화가 빠르게 진행될 수 있다. 번면에, 반응온도가 260 ℃를 초과하면 탄소침적율이 증가하여 촉매의 수명이 짧아질 뿐 아니라 메탄 (C1)의 선택도가 증가되어 장쇄올레핀 화합물의 선택도를 낮추는 원인이 되므로 바람직하지 않다. In step c), the process temperature of the Fischer-Tropsch reaction is in the range of 200 to 260° C., which is a relatively low temperature, and the chain propagation probability can be increased, so that the carbon of the product can be relatively increased. In addition, when considering thermodynamics, generation of olefins and iso paraffin is more advantageous than generation of paraffin. However, when the reaction temperature is less than 200° C., unnecessary high-boiling products are strongly adsorbed to the catalyst, so that selective deactivation may proceed rapidly. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 260 ℃, the carbon deposition rate increases, which shortens the life of the catalyst, as well as increases the selectivity of methane (C 1 ), which is the cause of lowering the selectivity of the long-chain olefin compound, which is not preferable. .

또한, 본 발명에 따라 상기 (C)단계에서 합성가스로부터 탄소수 C5-C20 의 가솔린, 제트유 또는 디젤 중에 어느 하나를 포함하는 액체연료를 수득할 수 있다.In addition, according to the present invention, a liquid fuel including any one of gasoline, jet oil, or diesel having C5-C20 carbon atoms can be obtained from the syngas in step (C).

이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1: N2 400 1: N2 400

코발트 (Co) 촉매는 ZSM-5에 보헤마이트를 혼합한 다음, 상기 혼합물에 질산, 증류수를 첨가하고 상온에서 균일하게 교반하여 압출기를(extrduer)를 사용하여 균일하게 압출하여 성형촉매를 제조하였다. 압출 성형된 촉매는 상온에서 12시간 건조시킨 다음, 공기분위기 오븐에서 110 ℃에서 5시간 건조시켰다. 소성은 질소 (N2) 분위기에서 400 ℃에서 5시간동안 소성을 진행하였으며, 제조된 촉매는 710 ㎛ ~ 1000 ㎛로 체거름(sieve)하여 준비하였으며, 제조된 촉매의 Co 함량은 10wt.%임을 확인하였다. As for the cobalt (Co) catalyst, boehmite was mixed with ZSM-5, and then nitric acid and distilled water were added to the mixture, and the mixture was stirred uniformly at room temperature and uniformly extruded using an extruder to prepare a molding catalyst. The extruded catalyst was dried at room temperature for 12 hours and then dried at 110° C. for 5 hours in an air atmosphere oven. The sintering was carried out at 400° C. for 5 hours in a nitrogen (N2) atmosphere, and the prepared catalyst was prepared by sieving at 710 µm to 1000 µm, and the Co content of the prepared catalyst was confirmed to be 10 wt.%. I did.

비교예Comparative example 1: air 400 1: air 400

코발트 (Co) 촉매는 ZSM-5에 보헤마이트를 혼합한 다음, 상기 혼합물에 질산, 증류수를 첨가하고 상온에서 균일하게 교반하여 압출기를(extrduer)를 사용하여 균일하게 압출하여 성형촉매를 제조하였다. 압출 성형된 촉매는 상온에서 12시간 건조시킨 다음, 공기분위기 오븐에서 110 ℃에서 5시간 건조시켰다.소성은 공기가 흐르는 air 분위기에서 400 ℃에서 5시간동안 소성을 진행하였으며, 제조된 촉매는 710 ㎛ ~ 1000 ㎛로 체거름(sieve)하여 준비하였으며, 제조된 촉매의 Co 함량은 10wt.%임을 확인하였다. As for the cobalt (Co) catalyst, boehmite was mixed with ZSM-5, and then nitric acid and distilled water were added to the mixture, and the mixture was stirred uniformly at room temperature and uniformly extruded using an extruder to prepare a molding catalyst. The extruded catalyst was dried for 12 hours at room temperature and then dried for 5 hours at 110° C. in an air atmosphere oven. The sintering was carried out at 400° C. for 5 hours in an air atmosphere through which air flows, and the prepared catalyst was 710 μm. It was prepared by sieving to 1000 μm, and it was confirmed that the Co content of the prepared catalyst was 10wt.%.

비교예Comparative example 2: He 400 2: He 400

코발트 (Co) 촉매는 ZSM-5에 보헤마이트를 혼합한 다음, 상기 혼합물에 질산, 증류수를 첨가하고 상온에서 균일하게 교반하여 압출기를(extrduer)를 사용하여 균일하게 압출하여 성형촉매를 제조하였다. 압출 성형된 촉매는 상온에서 12시간 건조시킨 다음, 공기분위기 오븐에서 110 ℃에서 5시간 건조시켰다.소성은 헬륨 (He) 분위기에서 400 ℃에서 5시간동안 소성을 진행하였으며, 제조된 촉매는 710 ㎛ ~ 1000 ㎛로 체거름(sieve)하여 준비하였으며, 제조된 촉매의 Co 함량은 10wt.%임을 확인하였다. As for the cobalt (Co) catalyst, boehmite was mixed with ZSM-5, and then nitric acid and distilled water were added to the mixture, and the mixture was stirred uniformly at room temperature and uniformly extruded using an extruder to prepare a molding catalyst. The extruded catalyst was dried at room temperature for 12 hours and then dried in an air atmosphere oven at 110° C. for 5 hours. The sintering was performed at 400° C. for 5 hours in a helium (He) atmosphere, and the prepared catalyst was 710 μm. It was prepared by sieving to 1000 μm, and it was confirmed that the Co content of the prepared catalyst was 10wt.%.

비교예Comparative example 3: NO 400 3: NO 400

코발트 (Co) 촉매는 ZSM-5에 보헤마이트를 혼합한 다음, 상기 혼합물에 질산, 증류수를 첨가하고 상온에서 균일하게 교반하여 압출기를(extrduer)를 사용하여 균일하게 압출하여 성형촉매를 제조하였다. 압출 성형된 촉매는 상온에서 12시간 건조시킨 다음, 공기분위기 오븐에서 110 ℃에서 5시간 건조시켰다. 소성은 일산화질소 (NO) 분위기에서 400 ℃에서 5시간동안 소성을 진행하였으며, 제조된 촉매는 710 ㎛ ~ 1000 ㎛로 체거름(sieve)하여 준비하였으며, 제조된 촉매의 Co 함량은 10wt.%임을 확인하였다. As for the cobalt (Co) catalyst, boehmite was mixed with ZSM-5, and then nitric acid and distilled water were added to the mixture, and the mixture was stirred uniformly at room temperature and uniformly extruded using an extruder to prepare a molding catalyst. The extruded catalyst was dried at room temperature for 12 hours and then dried at 110° C. for 5 hours in an air atmosphere oven. The sintering was carried out at 400° C. for 5 hours in a nitrogen monoxide (NO) atmosphere, and the prepared catalyst was prepared by sieving at 710 µm to 1000 µm, and the Co content of the prepared catalyst was 10 wt.%. Confirmed.

실험예Experimental example 1: 촉매구조체의 촉매 활성평가 1: Evaluation of catalytic activity of the catalyst structure

실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매구조체의 FT 합성반응의 활성을 측정하기 위하여 FT 합성반응을 수행하였다. FT 합성반응 전 실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매구조체에 5 % H2/Ar 가스를 100 cc/min로 흘려주며 400 ℃에서 5 시간 동안 활성화하였다. 이와 같이 활성화시킨 실시예 1 내지 5의 촉매 구조체 0.5 g을 고정층 반응기에 장입하였고, 반응기의 촉매 발열을 제어하기 위해 각각의 반응기 상부와 하부에 희석제인 알루미나 볼(Alumina Ball)을 장입시켰다. 상기 반응기의 반응 조건은 T = 250 ℃, P = 20 bar, SV = 4,000 ml/g.cat/h에서 72시간 동안 수행하였고, 반응물은 H2/CO = 2.0 부피 분율의 합성가스를 이용하여 진행되었다. 반응 측정은 On-line GC(TCD, FID)를 통하여 CO 전환율 및 생성물의 선택도를 측정하여 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.In order to measure the activity of the FT synthesis reaction of the catalyst structures prepared in Examples 1 to 4, the FT synthesis reaction was performed. Before the FT synthesis reaction, 5% H 2 /Ar gas was flowed at 100 cc/min to the catalyst structures prepared in Examples 1 to 4 and activated at 400° C. for 5 hours. 0.5 g of the catalyst structures of Examples 1 to 5 activated as described above were charged into a fixed bed reactor, and alumina balls, which are diluents, were charged at the top and bottom of each reactor in order to control the catalyst heat generation of the reactor. The reaction conditions of the reactor were carried out at T = 250 °C, P = 20 bar, SV = 4,000 ml/g.cat/h for 72 hours, and the reaction was carried out using H 2 /CO = 2.0 volume fraction of syngas. Became. The reaction was measured by measuring the CO conversion rate and the selectivity of the product through On-line GC (TCD, FID), and are shown in Table 1 and FIG. 1 below.

SamplesSamples Conversion of CO
(C-mol%)
Conversion of CO
(C-mol%)
Selectivity (C-mol%)Selectivity (C-mol%)
C1C1 C2-C4C2-C4 C5+C5+ N2 400N2 400 68.7568.75 13.7713.77 10.7510.75 75.4875.48 Air 400Air 400 60.5560.55 12.57 12.57 9.99 9.99 77.44 77.44 He 400He 400 49.6449.64 16.5116.51 13.1013.10 70.3970.39 NO 400NO 400 41.7541.75 26.1326.13 18.6218.62 55.2555.25

실험예Experimental example 2: 촉매의 환원성 측정 2: Measurement of the reducing property of the catalyst

실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매에 대해 온도에 따른 환원 정도를 확인하기 위하여 수소 승온 환원 분석을 사용하였다. 촉매 0.1 g을 U자형 반응기에 충진 시킨 후 라인에 남아있는 불순물을 제거하기 위하여 He을 충분히 흘려주고 10%H2, 90% Ar을 이용하여 상온에서 1173 K까지 10 K/min으로 승온시키면서 TCD(thermal conductivity detector)를 이용하여 측정하였다. 이 분석을 위하여 Autochem 2910 (micromeritics)을 사용하였다. Hydrogen elevated temperature reduction analysis was used to confirm the degree of reduction according to temperature for the catalysts prepared in Examples 1 to 4. After filling 0.1 g of the catalyst into the U-shaped reactor, fully flow He to remove the impurities remaining in the line, and use 10%H2, 90% Ar to increase the temperature from room temperature to 1173 K at 10 K/min. conductivity detector). Autochem 2910 (micromeritics) was used for this analysis.

하기 도 2에 나타난 바와 같이,일반적으로 307~477 ℃ 부근의 첫 번째 피크는 Co3O4 → CoO로 환원되는 피크이고, 두 번째 피크는 CoO → Co로 환원되는 피크이다. 마지막 세 번째 피크는 Co-Aluminate로 변화되는 피크이다. 소성가스를 N2를 사용할 경우 Support 와 Co 간의 interaction을 억제하여 Co-Aluminate 형성이 작으며, NO 가스로 소성한 경우 Co-Aluminate 형성이 많이 됨을 확인하였다.As shown in FIG. 2, in general, the first peak near 307 to 477° C. is a peak reduced to Co3O4 → CoO, and the second peak is a peak reduced to CoO → Co. The last and third peak is the peak that changes to Co-Aluminate. When N2 is used as the calcination gas, the formation of Co-Aluminate is small by suppressing the interaction between Support and Co, and the formation of Co-Aluminate is increased when sintering with NO gas.

실험예Experimental example 3:촉매의3: catalytic H2-O2 화학흡착( H2-O2 chemical adsorption ( ChemisorptionChemisorption ) 측정) Measure

실시예1 및 4에 나타난 촉매의 화학적 변화 및 촉매의 환원 거동을 관찰하기 위해 촉매를 Micomeritics사의 ASAP 2020 분석 장비를 이용하여 H2-O2 화학흡착(chemisorption) 분석을 진행하였다. 실시예 및 4에서 제조된 촉매들은 400 ℃에서 H2 분위기에서 4시간동안 환원한 다음, Ar을 1시간 동안 흘려 주고 100 ℃로 낮춰 주었다. 그 다음 H2 uptake되는 정도를 알아내기 위해 H2 가스를 충분히 흘려주어 H2 uptake를 측정하고, H2 chemisortion이 끝난 뒤 다시 촉매들을 400 ℃로 10 ℃/min으로 올리고 나서 He 가스를 흘려주었고, O2 가스를 3시간 동안 흘려주어 O2 uptake되는 정도를 측정하였다. H2-O2 chemisorption을 이용하여 코발트 분산되는 정도와 환원되는 정도를 계산하였고, 그에 따라 코발트의 사이즈도 측정하였다. H2-O2 chemisorption의 분석결과는 하기 표 2에 나타내었다.In order to observe the chemical change of the catalyst and the reduction behavior of the catalyst shown in Examples 1 and 4, the catalyst was subjected to H 2 -O 2 chemisorption analysis using the ASAP 2020 analysis equipment of Micomeritics. The catalysts prepared in Examples and 4 were reduced at 400° C. for 4 hours in an H2 atmosphere, and then Ar was flowed for 1 hour and then lowered to 100° C. Then, to find out the degree of H 2 uptake, H2 gas was sufficiently flowed to measure the H 2 uptake. After the H 2 chemisortion was completed, the catalysts were raised to 400 ℃ to 10 ℃/min, and then He gas was flowed. 2 Gas was flowed for 3 hours to measure the degree of O 2 uptake. The degree of dispersion and reduction of cobalt were calculated using H 2 -O 2 chemisorption, and the size of cobalt was also measured accordingly. The analysis results of H 2 -O 2 chemisorption are shown in Table 2 below.

Notation Notation H2 chemisorptionH2 chemisorption O2 consumption (mmol)O2 consumption (mmol) degree of reduction (%) b degree of reduction (%) b dispersion
(%) a
dispersion
(%) a
uncorrected
size (nm)
uncorrected
size (nm)
corrected
size (nm) a
corrected
size (nm) a
N2 400N2 400 5.35.3 26.526.5 18.118.1 679.96679.96 68.368.3 Air 400Air 400 5.65.6 26.726.7 17.117.1 636.27636.27 63.963.9 He 400He 400 6.06.0 26.826.8 15.915.9 590.65590.65 59.359.3 NO 400NO 400 5.45.4 29.629.6 17.917.9 602.36602.36 60.560.5

a 분산도(dispersion) 및 코발트 크기는 수소 화학흡착 실험값으로부터 계산된 결과이고, 환원도(the degree of reduction)에 의해 보정되었다. a Dispersion and cobalt size are calculated results from hydrogen chemisorption experimental values, and were corrected by the degree of reduction.

b 환원도(the degree of reduction)는 하기 일반식 1에 의해 환원된 FTS 촉매량을 이론적 산소 소비량으로 나눈 결과에서 비롯된 산소 소비량으로부터 계산된 결과이다. b The degree of reduction is a result calculated from the oxygen consumption resulting from the result of dividing the FTS catalyst amount reduced by the following general formula 1 by the theoretical oxygen consumption.

일반식 1 : 3Co + 2O2 →Co3O4.General Formula 1: 3Co + 2O 2 →Co 3 O 4 .

상기 표 2에서 환원도(degree of reduction)를 살펴보면, 질소를 소성가스로 사용한 경우의 환원도가 소성 시에 공기, 헬륨, NO를 사용한 경우 보다 더 큰 값을 보여주고 있다. 이로부터 질소가 아닌 소성가스로 사용되면, 코발트와 지지체간의 interaction이 증가하여 CoAl2O4을 형성하여 활성물질의 환원이 저하되며 반대로 질소가스를 사용한 경우 코발트와 지지체간의 interaction이 작아 환원이 쉬어지며 우수한 CO 전환율을 보여준다.Looking at the degree of reduction in Table 2, the degree of reduction when nitrogen is used as a calcination gas shows a higher value than when air, helium, and NO are used during calcination. From this, if it is used as a sintering gas other than nitrogen, the interaction between cobalt and the support increases to form CoAl 2 O 4 to reduce the reduction of the active material. On the contrary, when nitrogen gas is used, the interaction between cobalt and the support is small, making reduction easier. It shows excellent CO conversion.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적은 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, a specific part of the present invention has been described in detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Therefore, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

(a) 촉매 담체에 코발트 전구체, 무기 바인더, 산 첨가제 및 용매를 혼합하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 압출 성형하여 성형 촉매를 형성하는 단계;
(c) 상기 성형 촉매를 건조하는 단계; 및
(d) 상기 건조된 성형 촉매를 질소(N2) 분위기 하에서 소성하는 단계;를 포함하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.
(a) mixing a cobalt precursor, an inorganic binder, an acid additive, and a solvent with the catalyst carrier;
(b) forming a molding catalyst by extrusion molding the mixture of step (a);
(c) drying the shaping catalyst; And
(d) calcining the dried shaped catalyst in a nitrogen (N 2 ) atmosphere; Fischer-Tropsch synthesis catalyst manufacturing method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서의 촉매 담체는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 뮬라이트, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 이트리아, 질화규소, 질화티탄늄, 텅스텐 카바이드 및 보론 카바이드로부터 선택된 금속의 탄화물, 산화물, 질화물, 황화물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The catalyst carrier in the step (a) is a carbide of a metal selected from alumina, zirconia, silica, mullite, silicon carbide, titanium carbide, titanium oxide, titanium diboride, yttria, silicon nitride, titanium nitride, tungsten carbide and boron carbide. , An oxide, a nitride, a sulfide, or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서의 촉매 담체는 제올라이트인 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The catalyst carrier in the step (a) is a zeolite, characterized in that the Fischer-Tropsch method for producing a catalyst for synthesis reaction.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서의 무기 바인더는 알루미늄 트리하이드록사이드(aluminum trihydroxide), 보헤마이트(boehmite) 및 슈도-보헤마이트(pseudo-boehmite) 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The inorganic binder in the step (a) is Fischer-, characterized in that it is selected from the group consisting of aluminum trihydroxide, boehmite, and pseudo-boehmite, and combinations thereof. Method for producing a catalyst for the Tropsch synthesis reaction.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서의 산 첨가제는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 붕산 및 과염소산 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The acid additive in step (a) is selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, boric acid and perchloric acid, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는 촉매 담체 100 중량부에 대하여, 코발트 1 중량부 내지 50 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.

The method of claim 1,
The step (a) is a method for producing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction, characterized in that 1 to 50 parts by weight of cobalt is mixed with respect to 100 parts by weight of the catalyst carrier.

제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 소성은 300 ℃ ~ 500 ℃에서 1 시간 ~ 24 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
Fischer-Tropsch method for producing a catalyst for synthesis reaction, characterized in that the firing of step (d) is carried out at 300 ℃ ~ 500 ℃ for 1 hour to 24 hours.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매.
[8] The catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction, characterized in that it is produced by the method for producing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction according to any one of claims 1 to 7.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매의 제조방법에 의해 제조되고, 환원도가 68 이상인 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매.
A catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction, characterized in that it is prepared by the method for producing a catalyst for a Fischer-Tropsch synthesis reaction according to any one of claims 1 to 7, and has a reduction degree of 68 or more.
a) 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 피셔-트롭쉬 합성반응용 촉매를 피셔-트롭쉬 합성 반응기에 투입하는 단계;
b) 상기 피셔-트롭쉬 합성 반응기에서 합성가스를 주입하는 단계; 및
c) 상기 피셔-트롭쉬 합성 반응기내 합성가스로부터 액체연료를 합성하는 단계;를 포함하는 액체연료의 제조방법.

a) adding the catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis reaction of any one of claims 1 to 7 into the Fischer-Tropsch synthesis reactor;
b) injecting syngas in the Fischer-Tropsch synthesis reactor; And
c) synthesizing liquid fuel from syngas in the Fischer-Tropsch synthesis reactor.

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