KR20210077020A - Dehydrogenation catalyst - Google Patents

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KR20210077020A
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우재영
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Abstract

The present invention relates to a dehydrogenation catalyst in which a platinum group metal, auxiliary metal and a cesium component are supported on an alumina support, wherein the dehydrogenation catalyst has a weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst of 0.6 to 0.9 wt%, a weight ratio of the auxiliary metal to the total weight of the catalyst of 0.2 to 0.3 wt%, and an acid site amount of 20 to 150 μmol KOH/g catalyst when the catalyst is titrated with KOH. The dehydrogenation catalyst according to the present invention has a high hydrocarbon conversion rate, selectivity, performance stability and improved caulking resistance and can easily remove coke.

Description

탈수소화 촉매{DEHYDROGENATION CATALYST}Dehydrogenation catalyst {DEHYDROGENATION CATALYST}

본 발명은 탄화수소의 탈수소화 반응에 사용되는 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매의 장기 운전 성능이 개선되고, 수소비 하향 조건에서도 탈수소화 공정의 운전이 가능하여 공정 수율을 향상시킬 수 있는 탈수소화 촉매에 관한 것이다. The present invention relates to a catalyst used in the dehydrogenation reaction of hydrocarbons, and more particularly, the long-term operation performance of the catalyst is improved, and the dehydrogenation process can be operated even under the condition of a lower hydrogen consumption, so that the dehydration can improve the yield It relates to the digestion catalyst.

알켄(올레핀 탄화수소)을 제조하기 위한 알칸의 촉매 탈수소화는 석유 정제 산업에서 중요하고도 잘 알려진 탄화수소 변환 공정이다. 이는 알켄이 일반적으로 보다 고가의 다른 탄화수소 변환 생성물의 제조에 있어서 중간 생성물로서 유용하기 때문이다. 예컨대, 프로필렌은 폴리머와 프로필렌 글리콜의 제조에 사용될 수 있고, 부틸렌은 고옥탄가 모터 연료에 사용될 수 있으며, 이소부틸렌은 메틸-t-부틸 에테르, 가솔린 첨가제를 제조하는 데 사용될 수 있다.Catalytic dehydrogenation of alkanes to produce alkenes (olefinic hydrocarbons) is an important and well-known hydrocarbon conversion process in the petroleum refining industry. This is because alkenes are generally useful as intermediates in the production of other, more expensive hydrocarbon conversion products. For example, propylene can be used to make polymers and propylene glycol, butylene can be used for high octane motor fuels, and isobutylene can be used to make methyl-t-butyl ether, gasoline additives.

알칸의 촉매 탈수소화 반응과 같은 탄화수소 기체의 탈수소화 반응은 550℃ 이상의 고온에서 진행된다. 촉매 반응이 고온에서 진행됨에 따라, 그에 대한 부반응으로 열분해 및 코크 생성반응이 수반되고, 이러한 부반응의 정도가 촉매의 선택도 및 활성을 결정짓는 핵심 요소가 된다. 부반응의 하나인 코크 생성 반응은 촉매상의 활성물질을 코크로 덮이게 하여 반응물과 접촉을 차단시킴으로써 전반적인 반응전환율을 낮추게 된다. 또한, 코크의 생성이 진행됨에 따라 촉매 내에 존재하는 기공의 입구를 막아 기공 내에 존재하는 활성물질의 비활성화를 촉진한다. The dehydrogenation reaction of hydrocarbon gas, such as the catalytic dehydrogenation reaction of alkane, proceeds at a high temperature of 550 ° C. As the catalytic reaction proceeds at a high temperature, thermal decomposition and coke formation are accompanied as side reactions thereof, and the degree of these side reactions becomes a key factor determining the selectivity and activity of the catalyst. The coke generation reaction, one of the side reactions, covers the active material on the catalyst with coke to block contact with the reactants, thereby lowering the overall reaction conversion rate. In addition, as the coke is generated, the inlet of the pores present in the catalyst is blocked to promote deactivation of the active material present in the pores.

미국특허공개 제2015/0202601 A1호는 갈륨, 인듐, 탈륨 및 이들의 조합으로부터 선택된 그룹 IIIA 금속; 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴 및 이들의 조합으로부터 선택된 그룹 VIII 귀금속 ; 철, 크롬, 바나듐 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 도펀트 ; 및 세슘, 칼륨, 루비듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로부터 선택된 선택적 촉진제 금속 ; 실리카, 알루미나, 실리카 알루미나 복합체, 희토류 조절된 알루미나 및 이들의 조합으로부터 선택되는 촉매 지지체를 포함하는 알칸 탈수소 촉매 조성물을 개시하고 있다. US Patent Publication No. 2015/0202601 A1 discloses a Group IIIA metal selected from gallium, indium, thallium and combinations thereof; Group VIII noble metal selected from platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, osmium and combinations thereof; at least one dopant selected from iron, chromium, vanadium, and combinations thereof; and an optional promoter metal selected from cesium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, and combinations thereof; Disclosed is an alkane dehydrogenation catalyst composition comprising a catalyst support selected from silica, alumina, silica alumina composites, rare earth controlled alumina, and combinations thereof.

국내 특허 공개 제2014-0123929호는 탄화수소를 위한 탈수소화 촉매 조성물에 있어서, VIII족 성분을 함유한 나노-크기의 복합물; IVA족 성분 및 유황을 함유한 보호막형성제; 알칼리 성분; 할로겐 성분; 및 알파 알루미나로 이루어진 내부 코어와 감마 알루미나와 델타 알루미나의 혼합물을 포함한 외부층을 갖는 지지체를 포함하는 탄화수소 탈수소화 촉매 조성물을 개시하고 있다. 종래에 공지된 탈수소화 촉매 관련 특허에는 촉매의 활성성분 및 지지체의 종류에 대한 내용이 주류를 이룬다. Korean Patent Publication No. 2014-0123929 discloses a dehydrogenation catalyst composition for hydrocarbons, comprising: a nano-sized composite containing a group VIII component; a protective film forming agent containing a group IVA component and sulfur; alkaline component; halogen components; and a support having an inner core made of alpha alumina and an outer layer comprising a mixture of gamma alumina and delta alumina. In the prior known dehydrogenation catalyst related patents, the content of the active component of the catalyst and the type of the support is predominant.

탈수소화 반응을 수행하는데 있어 고온 및 저수소화 반응 조건에서는 금속의 소결현상(sintering)이 더 잘 일어나 높은 분산도를 유지하는 것이 매우 어려우며 반응이 진행됨에 따라서 크래킹(cracking) 및 부반응이 나타나 코크(coke)가 생성된다. 이에 따라 크래킹이 일어나는 산도를 조절하여 촉매 안정성을 향상시킬 수 있고, 촉매의 활성, 선택성 및 코크 안정성이 우수한 탈수소화 촉매의 개발이 절실하게 요구되고 있다.In carrying out the dehydrogenation reaction, under high temperature and low hydrogenation reaction conditions, sintering of the metal occurs more easily, so it is very difficult to maintain a high degree of dispersion, and as the reaction proceeds, cracking and side reactions appear and coke (coke) ) is created. Accordingly, there is an urgent need to develop a dehydrogenation catalyst capable of improving catalyst stability by controlling the acidity at which cracking occurs, and having excellent catalyst activity, selectivity, and coke stability.

본 출원인은 촉매의 산도를 소정의 범위로 조정함으로써 수소/탄화수소비 하향 조건에서 탈수소화 공정을 진행하여 공정 수율을 대폭 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 본 출원인은 본 발명의 범위내의 산점량을 갖는 촉매가 더 낮은 코크-발생, 더 나은 장기 안정성 또는 더 큰 활성을 제공하는 것을 발견하였다.The present applicant has discovered that by adjusting the acidity of the catalyst to a predetermined range, the process yield can be significantly improved by performing the dehydrogenation process under the conditions of the hydrogen/hydrocarbon ratio downward. In particular, Applicants have discovered that catalysts with acid sites within the scope of the present invention provide lower coke-generation, better long-term stability or greater activity.

본 발명의 하나의 목적은 증가된 촉매 장기 운전 성능, 낮은-코크 발생 및 우수한 공정 수율을 가능케 하는 탈수소화 반응에 적합한 촉매를 제공하는 것이다. It is one object of the present invention to provide catalysts suitable for dehydrogenation reactions which enable increased catalyst long-term performance, low-coke generation and good process yields.

본 발명의 다른 목적은 증가된 촉매 장기 운전 성능, 낮은-코크 발생 및 우수한 공정 수율을 달성하는 탈수소화 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a process for dehydrogenation that achieves increased catalyst long-term performance, low-coke generation and good process yields.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,One aspect of the present invention for achieving the above object is,

알루미나 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 세슘 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비는 0.6~0.9 wt% 이고, 촉매 총 중량에 대한 보조금속의 중량비는 0.2~0.3 wt%이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매에 관한 것이다. As a dehydrogenation catalyst in which a platinum group metal, sub-group, and cesium component are supported on an alumina support, the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst is 0.6 to 0.9 wt%, and the weight ratio of the sub-group to the total weight of the catalyst is 0.2 to 0.3 wt% , relates to a dehydrogenation catalyst, characterized in that it has an acid site amount of 20 to 150 μmol KOH/g catalyst when the catalyst is titrated with KOH.

상기 촉매는 촉매 총 중량에 대해 백금 0.3~0.8 wt%를 지지체에 담지시킨 것이다. The catalyst is one in which 0.3 to 0.8 wt% of platinum is supported on a support based on the total weight of the catalyst.

상기 촉매는 0.55~0.9 g/cc의 체적밀도를 갖는다. The catalyst has a volume density of 0.55 to 0.9 g/cc.

상기 촉매의 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1~2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1~21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 이중 기공 사이즈 분포를 갖는다. The catalyst support has an average pore size of 5 to 100 nm, a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 /g, mesopores having an average pore size of 0.1 to 20 μm, and a total pore volume of 0.1 to 21 cm 3 /g It has a double pore size distribution including all macropores.

본 발명의 다른 양상은 Another aspect of the present invention is

탄화수소의 탈수소화 반응용 촉매의 제조방법에 있어서,In the method for producing a catalyst for the dehydrogenation reaction of hydrocarbons,

이원 기공 특성을 갖는 지지체를 제공하는 단계;providing a support having binary pore properties;

상기 지지체에 세슘 전구체를 분산시켜 지지체 내에 세슘을 담지하는 단계; dispersing a cesium precursor in the support to support cesium in the support;

상기 세슘/지지체 촉매에 주석과 백금을 순차적으로 함침, 건조 및 소성하여 백금-주석-세슘/알루미나 지지체 촉매를 제조하는 단계를 포함하되, A step of sequentially impregnating, drying and calcining the cesium/support catalyst with tin and platinum to prepare a platinum-tin-cesium/alumina support catalyst,

촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비는 0.6~0.9wt%이고, 촉매 총 중량에 대한 보조금속의 중량비는 0.2~0.3 wt%이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법에 관한 것이다. The weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst is 0.6 to 0.9 wt%, the weight ratio of the subsidy to the total weight of the catalyst is 0.2 to 0.3 wt%, and when the catalyst is titrated with KOH, the acid content of 20 to 150 μmol KOH/g catalyst is calculated. It relates to a method for producing a dehydrogenation catalyst, characterized in that it has.

본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 탄화수소 탈수소화 방법에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a process for dehydrogenation of hydrocarbons comprising the step of contacting with a dehydrogenation catalyst of the present invention.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 백금-주석/알루미나에 세슘을 담지하여 담체의 산도를 조절하고 촉매의 코크를 억제하여 촉매의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 백금에 대한 보조금속의 중량비를 높임으로써, 보조금속과 백금의 프로모션 효과를 최적화하여 프로필렌 수율 증가와 코크 감소에 의한 촉매 장기 운전 성능을 개선할 수 있다. The dehydrogenation catalyst according to the present invention can improve the stability of the catalyst by supporting cesium on platinum-tin/alumina to control the acidity of the carrier and suppress coking of the catalyst. In addition, by increasing the weight ratio of the subsidy to platinum, it is possible to optimize the promotion effect of the subsidy and platinum to improve the catalyst long-term operation performance by increasing the propylene yield and reducing coke.

본 발명의 탈수소화 촉매는 높은 탄화수소 전환율 및 선택도와 성능 안정성 그리고 개선된 코킹에 대한 저항성과 코크 제거 용이성을 제공할 수 있다. The dehydrogenation catalyst of the present invention can provide high hydrocarbon conversion and selectivity, stability of performance, improved resistance to coking and ease of coking.

또한 본 발명의 촉매는 촉매의 산점을 소정의 범위로 조정하여 탄화수소 탈수소 반응에서 수소/탄화수소비 하향시 코크가 급속히 증가하는 현상을 방지함으로써 공정 생산량이 향상되는 수소/탄화수소비 하향 조건에서 운전이 가능해져서 공정 경제성을 향상시킬 수 있다. In addition, the catalyst of the present invention adjusts the acid point of the catalyst to a predetermined range to prevent a rapid increase in coke when the hydrogen/hydrocarbon ratio is lowered in the hydrocarbon dehydrogenation reaction, thereby improving the process production. This can improve process economics.

본 발명의 촉매는 촉매체적밀도를 높여서 동일 반응기 부피 내에 촉매 투입 질량이 증가함으로써 반응기 성능이 개선되어 공정 수율을 개선시킬 수 있다. The catalyst of the present invention increases the catalyst volume density to increase the catalyst input mass within the same reactor volume, thereby improving reactor performance and improving process yield.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 명세서에서 사용되는 경우에, ‘포함하는’ 또는 ‘포함한다’는 용어는 다른 요소의 존재를 배제하는 것이 아니라는 것에 유의해야 한다. 마찬가지로, 특정 단계들을 포함하는 방법에 대한 기술에서도 특정 단계를‘포함한다’고 기재할 경우에 다른 단계의 포함을 배제하는 것은 아니라는 것이 또한 이해되어야 한다. It should be noted that, as used herein, the terms 'comprising' or 'comprising' do not exclude the presence of other elements. Likewise, it should also be understood that, in the description of a method including specific steps, the description of 'comprising' a specific step does not exclude the inclusion of other steps.

본 발명에 의하면 프로판 탈수소화 반응에 사용되는 백금-주석/알루미나에 세슘을 담지하여 담체의 산도를 조절하고 촉매의 코크를 억제하여 촉매의 안정성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, cesium is supported on platinum-tin/alumina used in the propane dehydrogenation reaction to control the acidity of the carrier and to suppress coking of the catalyst, thereby improving the stability of the catalyst.

본 발명의 일 실시예의 탈수소화 촉매는 알루미나 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 세슘 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 촉매 총 중량에 대한 보조금속의 중량비는 0.2~0.3 wt% 이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 ml KOH/g 촉매의 산점량을 갖는다. The dehydrogenation catalyst of an embodiment of the present invention is a dehydrogenation catalyst in which a platinum group metal, a sub-group, and a cesium component are supported on an alumina support, and the weight ratio of the sub-group to the total weight of the catalyst is 0.2 to 0.3 wt%, and the catalyst is titrated with KOH It has an acid site weight of 20-150 ml KOH/g catalyst.

본 발명의 촉매의 주요 금속은 백금족 금속이다. 백금족 성분은 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 오스뮴 또는 이의 혼합물과 같은 귀금속 성분을 포함할 수 있다. 백금족 금속은 탈수소화 촉매 내에 산화물, 황화물, 할로겐화물, 산할로겐화물 등과 같은 화합물로서 복합체의 다른 성분 중 하나 이상과 화학적 조합으로 또는 금속 원소로서 존재할 수 있다. 백금 성분은 원소를 기준으로 계산하여 탈수소화 촉매의 0.3 내지 0.8 wt%를 포함한다. The main metal of the catalyst of the present invention is a platinum group metal. The platinum group component may include a noble metal component such as platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, osmium, or mixtures thereof. The platinum group metal may be present as a metal element or in a chemical combination with one or more of the other components of the complex as a compound such as an oxide, sulfide, halide, acid halide, etc. in the dehydrogenation catalyst. The platinum component comprises 0.3 to 0.8 wt % of the dehydrogenation catalyst, calculated on an elemental basis.

본 발명의 촉매는 총 중량에 대해 백금 0.3~0.8 wt% 및 주석 0.2~0.3 wt%를 포함한다. 백금 성분의 함량이 0.3 wt% 미만이 되면, 탈수소 반응의 반응활성이 저하될 수 있고, 0.8 wt%를 초과하는 경우에는 백금에 의한 탄화수소의 크래킹 반응에 의해 프로필렌의 선택도가 저하될 수 있다. The catalyst of the present invention comprises 0.3-0.8 wt% of platinum and 0.2-0.3 wt% of tin with respect to the total weight. If the content of the platinum component is less than 0.3 wt%, the reaction activity of the dehydrogenation reaction may be reduced, and if it exceeds 0.8 wt%, the selectivity of propylene may be reduced by the cracking reaction of hydrocarbons by platinum.

보조금속으로는 주석, 게르마늄, 갈륨, 인듐, 구리, 아연, 안티몬, 비스무트 및 망간으로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 사용할 수 있고, 특히 주석이 바람직하다. As the subsidy, one selected from the group consisting of tin, germanium, gallium, indium, copper, zinc, antimony, bismuth and manganese may be used, and tin is particularly preferred.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 높은 백금에 대한 보조금속의 중량비를 갖는 촉매로서, 촉매 총 중량에 대한 보조금속의 중량비는 0.2~0.3 wt% 가 바람직하다. 만일 보조금속의 중량비가 0.2wt% 미만이면 주석이 백금입자의 소결현상을 막아주고 백금의 입자크기를 작게 유지시켜 분산도를 증진시켜줌으로써 탄소침적을 억제하는 역할을 제대로 하지 못해 바람직하지 않고, 보조금속의 중량비가 0.3wt%을 초과하면 과량의 보조 금속으로 인해 촉매의 반응 활성에 대한 촉진 효과가 감소될 수 있다. The dehydrogenation catalyst according to the present invention is a catalyst having a high weight ratio of the subsid to platinum, and the weight ratio of the subsid to the total weight of the catalyst is preferably 0.2 to 0.3 wt%. If the weight ratio in the subsidy is less than 0.2wt%, the tin prevents the sintering of the platinum particles and improves the dispersion by keeping the particle size of the platinum small. When the weight ratio exceeds 0.3wt%, the accelerating effect on the reaction activity of the catalyst may be reduced due to an excess of auxiliary metal.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 세슘을 사용하는 것을 특징으로 하는데, 촉매 총 중량에 대한 세슘의 함량을 변수로 하여 촉매의 물성 특성을 조절할 수 있다. 세슘은 다른 금속에 비하여 지지체 상의 산점을 차단시키는 효과가 탁월하여 원하지 않는 부반응을 감소시키거나 실질적으로 차단함과 동시에, 백금과 같은 활성 금속의 촉매 활성을 증강 및 탄소 침적을 억제시키므로 촉매의 안정성을 향상시킨다. The dehydrogenation catalyst according to the present invention is characterized in that cesium is used, and the physical properties of the catalyst can be adjusted by using the content of cesium with respect to the total weight of the catalyst as a variable. Cesium has an excellent effect of blocking acid sites on the support compared to other metals, thereby reducing or substantially blocking unwanted side reactions, and at the same time enhancing the catalytic activity of active metals such as platinum and inhibiting carbon deposition, thereby improving the stability of the catalyst. improve

본 발명에 따른 탈수소화 촉매에서 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비는 0.6~0.9wt% 인 것이 바람직하다. 촉매의 전체적인 산성을 더욱 감소시키는 것에 더하여, 세슘의 존재는 바람직하지 않은 부반응에 대해 활성인 금속표면상의 부위를 차단시킬 수 있다. 세슘 성분의 함량이 0.6 wt% 미만이면 지지체의 산점을 적절하게 조절하지 못하고 지지체의 산도가 증가하여 크래킹 반응 및 코크 생성이 증가하므로, 탈수소화 반응의 선택도가 감소하게 되고, 세슘 성분의 함량이 0.9 wt%를 초과할 경우에는 세슘이 과량 담지되어 백금의 활성점을 막아 촉매 활성이 감소하여 탈수소화 반응의 전환율이 감소할 수 있다. In the dehydrogenation catalyst according to the present invention, the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst is preferably 0.6 to 0.9 wt%. In addition to further reducing the overall acidity of the catalyst, the presence of cesium can block sites on the metal surface that are active for undesirable side reactions. If the content of the cesium component is less than 0.6 wt%, the acid point of the support cannot be properly controlled, and the acidity of the support increases, thereby increasing the cracking reaction and coke generation. Therefore, the selectivity of the dehydrogenation reaction decreases, and the content of the cesium component increases. If it exceeds 0.9 wt%, cesium may be supported in excess to block the active point of platinum, thereby reducing catalytic activity and reducing the conversion rate of the dehydrogenation reaction.

본 발명의 촉매는 선택적으로 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 리튬, 스트론튬, 바륨, 라듐 및 베릴륨으로 구성되는 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 더 포함할 수 있다. The catalyst of the present invention may optionally further comprise an alkali metal or alkaline earth metal selected from the group consisting of calcium, potassium, magnesium, lithium, strontium, barium, radium and beryllium.

본 발명에서 산점량(acidity amount)이라는 것은 촉매 지지체 상의 유리 산 성분의 척도로서, 1 g의 촉매 지지체 내에 존재하는 산점에 의해서 중화되는 수산화칼륨(KOH)의 양(μ㏖)의 값으로 표시된다. In the present invention, the acidity amount is a measure of the free acid component on the catalyst support, and is expressed as a value of the amount (μmol) of potassium hydroxide (KOH) neutralized by the acid sites present in 1 g of the catalyst support. .

본 발명에서 촉매의 산점이 20 ml KOH/g 미만이면 지지체의 산점이 너무 적으면 상호작용이 약해서 금속의 이동이 많이 일어나 소결 현상이 생길 수 있고, 150 ml KOH/g를 초과하면 과도한 산점이 탄화수소를 열분해시켜서, 원하지 않는 메탄을 생성하고, 촉매상에 탄소 침적물을 형성함으로써 빠른 촉매 비활성화를 유발할 수 있다. In the present invention, if the acid point of the catalyst is less than 20 ml KOH/g, if the acid point of the support is too small, the interaction is weak and metal movement occurs a lot and sintering may occur, and if it exceeds 150 ml KOH/g, the excessive acid point is hydrocarbon pyrolysis, producing undesirable methane, and forming carbon deposits on the catalyst, leading to rapid catalyst deactivation.

탄화수소 탈수소 반응에서 수소/탄화수소비(H2/HC) 하향시 코크가 급속히 증가하는 현상이 나타나는데, 촉매의 산점량을 상기 범위 내로 조정할 경우에, 수소/탄화수소비 하향시에도 코크가 급속히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명의 촉매를 사용하는 경우에 탈수소화 공정의 생산량이 향상되는 수소/탄화수소비 하향 조건에서 탈수소화 공정의 운전이 가능해져서 공정 수율을 대폭 증가시킬 수 있다.In the hydrocarbon dehydrogenation reaction, when the hydrogen/hydrocarbon ratio (H 2 /HC) is lowered, the coke increases rapidly. When the acid content of the catalyst is adjusted within the above range, the coke increases rapidly even when the hydrogen/hydrocarbon ratio is lowered. can be prevented Therefore, when the catalyst of the present invention is used, the dehydrogenation process can be operated under the conditions of the hydrogen/hydrocarbon ratio downward in which the production of the dehydrogenation process is improved, and thus the process yield can be significantly increased.

본 발명의 탈수소화 촉매는 0.55~0.9 g/cc의 체적밀도를 갖는 것이 바람직하며, 촉매의 체적밀도는 공정내 투입되는 촉매의 충진량을 결정짓게 되어 공정 내에 투입된 촉매의 총 활성밀도를 결정짓는 인자이다. 촉매의 체적밀도가 0.55g/cc 미만이면 단위 부피당 촉매 활성금속이 감소되어 촉매 성능이 저하되고, 0.9g/cc를 초과하면 지지체의 상변화로 인하여 비표면적이 감소되어 금속의 분산도가 감소되어 촉매 성능을 저하시킬 수 있다. Preferably, the dehydrogenation catalyst of the present invention has a volume density of 0.55 to 0.9 g/cc, and the volume density of the catalyst determines the amount of catalyst input in the process, and is a factor determining the total active density of the catalyst input in the process to be. If the volume density of the catalyst is less than 0.55 g/cc, the catalytically active metal per unit volume is reduced and the catalytic performance is deteriorated, and when it exceeds 0.9 g/cc, the specific surface area is reduced due to the phase change of the support and the dispersion of the metal is reduced. Catalyst performance may be reduced.

본 발명에서 촉매의 바람직한 형상은 1.2 내지 2.0 ㎜의 펠렛 크기를 갖는 구형입자이다. 구형 지지체 입자는 널리 공지된 오일-적하법에 의해 연속적으로 제조될 수 있고, 이 방법은 본 기술분야에 알려진 임의의 기술에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 구형 알루미나 촉매 지지체는 염산과 알루미늄 금속을 반응시킴으로써 지글러 알루미나 또는 알루미나 하이드로졸로 알루미나 슬러리를 형성하고, 수득된 하이드로졸 또는 슬러리와 적합한 겔화제를 조합하여, 수득된 혼합물을 고온을 유지하는 오일 중탕기 내로 적하하는 방법으로 제조할 수 있다. 혼합물의 액적이 겔화된 구를 형성하게 되면, 회수하여 지지체의 물리적 특성을 더 향상시키기 위해 숙성 및 건조 처리를 한다. 이어서 숙성 및 겔화된 입자를 세척하고, 하소처리하여 구형의 결정질 알루미나 지지체를 수득할 수 있다. A preferred shape of the catalyst in the present invention is spherical particles having a pellet size of 1.2 to 2.0 mm. The spherical support particles may be continuously prepared by well-known oil-dropping methods, which may be prepared by any technique known in the art. For example, a spherical alumina catalyst support is formed by reacting hydrochloric acid with aluminum metal to form an alumina slurry with Ziegler alumina or alumina hydrosol, and combining the obtained hydrosol or slurry with a suitable gelling agent, thereby maintaining the obtained mixture at a high temperature. It can be manufactured by the method of dripping into an oil bath machine. When the droplets of the mixture form gelled spheres, they are recovered and aged and dried to further improve the physical properties of the support. The aged and gelled particles may then be washed and calcined to obtain a spherical crystalline alumina support.

본 발명에 따른 촉매는 촉매 총 중량에 대해 0.1~3.0 wt%의 할로겐 성분을 추가로 포함할 수 있다. 할로겐 성분으로는 염소, 인 및 불소로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 사용하며, 특히 염소가 바람직하다. 할로겐의 함량이 0.1 wt% 미만이면 촉매상에 코크의 생성속도가 급격히 높아지고 촉매의 코크 재생성이 낮아지며 촉매 재생 시 백금의 분산도가 낮아지고, 할로겐의 함량이 3.0 wt%를 초과하면 할로겐에 의한 귀금속의 피독현상으로 촉매의 활성이 낮아지게 된다. 즉, 할로겐 성분, 특히 염소는 알루미나 지지체의 알루미늄 원소와 결합되어 알루미나 자체가 갖고 있는 루이스 산의 특성을 감쇠시켜 생성물의 탈착을 용이하게 하며, 그로 인한 코크의 생성을 억제하는 효과를 갖는다. 코크의 생성은 지지체 자체에서 흡착하며 반응이 완결되거나, 활성점에서 생성된 주산물/부산물이 스필-오버(spill-over) 되어 지지체에 적체되고 추가적인 코크 생성 반응을 통해 최종적으로 생성되기도 하지만, 루이스 산을 약화시켜 생성물의 탈착을 용이하게 하면 지지체에 적체되는 양이 줄어들어 코크 생성을 감소시킬 수 있다. 또한, 할로겐 성분은 촉매의 재생 과정 중에 백금의 소결현상을 제어한다. The catalyst according to the present invention may further include 0.1 to 3.0 wt% of a halogen component based on the total weight of the catalyst. As the halogen component, one selected from the group consisting of chlorine, phosphorus and fluorine is used, and chlorine is particularly preferable. When the halogen content is less than 0.1 wt%, the rate of coke formation on the catalyst is rapidly increased, the coke regeneration property of the catalyst is lowered, and the dispersion of platinum during catalyst regeneration is lowered. When the halogen content exceeds 3.0 wt%, the noble metal caused by halogen The poisoning of the catalyst lowers the activity of the catalyst. That is, the halogen component, particularly chlorine, is combined with the aluminum element of the alumina support to attenuate the properties of the Lewis acid of the alumina itself, thereby facilitating the desorption of the product, and thus has the effect of suppressing the generation of coke. The production of coke is adsorbed on the support itself and the reaction is completed, or the main product/by-product generated at the active site spills-over and accumulates on the support and is finally produced through an additional coking reaction, but it is also a Lewis acid. If the desorption of the product is facilitated by weakening it, the amount accumulated on the support is reduced, thereby reducing coke formation. In addition, the halogen component controls the sintering phenomenon of platinum during the regeneration process of the catalyst.

본 발명에 따른 촉매에서, 지지체는 TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, Cr2O3 및 Nb2O5 및 이들의 혼합 성분으로 구성되는 군으로부터 선택된 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나가 적당하다. 알루미나의 θ-결정성은 코크의 생성 정도를 결정해주는 인자로서, 알루미나(Al2O3) 지지체는 90% 이상의 θ-결정상을 갖는 것이 바람직하다. γ-알루미나의 사용은 알루미나 자체의 산점으로 인한 부반응성이 크고, 반응중 알루미나 결정성이 변화하고 비표면적이 감소하는 구조적 특성 변화를 야기하며, α-알루미나는 낮은 비표면적으로 인해 백금족 활성 금속의 분산도를 낮추고 전체적인 백금의 활성면적을 감소시켜 낮은 촉매활성을 나타내므로, 상기 알루미나 지지체는 θ-결정상이 90% 이상인 것이 좋다. In the catalyst according to the present invention, the support selected from the group consisting of TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Cr 2 O 3 and Nb 2 O 5 and mixtures thereof may be used, preferably Alumina is suitable. The θ-crystallinity of alumina is a factor determining the degree of coke generation, and the alumina (Al 2 O 3 ) support preferably has a θ-crystal phase of 90% or more. The use of γ-alumina has a large side-reactivity due to the acid site of alumina itself, causes a change in alumina crystallinity during the reaction and a change in structural properties that decreases the specific surface area, and α-alumina is a platinum group active metal due to its low specific surface area. Since the dispersion degree is lowered and the overall active area of platinum is reduced, thereby exhibiting low catalytic activity, it is preferable that the alumina support has a θ-crystal phase of 90% or more.

본 발명에서 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1~2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1~21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 이중 기공 크기 분포를 갖는다. 이러한 이중 기공 크기 분포 특성으로 인해서 본 발명의 촉매는 반응 시에 탈수소 반응에서 개선된 활성과 재생 용이성을 보여 준다. In the present invention, the support has an average pore size of 5 to 100 nm, mesopores having a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 /g, an average pore size of 0.1 to 20 μm, and a total pore volume of 0.1 to 21 cm 3 /g. It has a double pore size distribution including all macropores. Due to this double pore size distribution characteristic, the catalyst of the present invention shows improved activity and ease of regeneration in dehydrogenation during the reaction.

지지체의 기공이 5 ㎚ 미만이면 물질전달 속도가 떨어지고, 지지체의 기공이 20 ㎛를 초과하면 지지체의 강도가 떨어지게 된다. 즉, 기공의 크기가 10 ㎚ 이하에서는 누슨 확산, 10~1000 ㎚에서는 전이확산(transition diffusion)이 이루어지는데 탈수소화 반응에서는 10~100nm 기공이 바람직하다. When the pores of the support are less than 5 nm, the mass transfer rate is reduced, and when the pores of the support exceed 20 μm, the strength of the support is lowered. That is, when the pore size is 10 nm or less, Nunus diffusion occurs, and when the pore size is 10 to 1000 nm, transition diffusion occurs. In the dehydrogenation reaction, 10 to 100 nm pores are preferable.

상기 지지체는 비표면적이 75~140 ㎡/g이다. 지지체의 비표면적이 75 ㎡/g 미만이면 금속 활성 성분의 분산도가 낮아지고, 140 ㎡/g을 초과하면 알루미나의 감마 결정성이 높게 유지되어 부반응성이 증대된다. The support has a specific surface area of 75 to 140 m 2 /g. When the specific surface area of the support is less than 75 m 2 /g, the dispersibility of the metal active component is lowered, and when it exceeds 140 m 2 /g, the gamma crystallinity of alumina is maintained high and side reactivity is increased.

본 발명에 따른 촉매는 16~75N의 강도를 갖는 것이 바람직하며, 강도를 높여 재생이나 촉매의 순환에도 부스러짐이 적은 강성을 갖도록 한다. 만일 촉매의 강도가 16N 미만이면 쉽게 깨어져 연속식 반응시스템에 적용하기 어렵게 된다. 탈수소화 촉매는 코크 생성이 수반되어 일정 반응 후에는 산화 반응을 통해 코크를 태워 재생하게 되는데, 그 공정 중에 열적 깨짐 현상이 발생한다. 또한, 촉매를 순환시키며 운전하는 조건에서는 이송 중에 마찰이나 충격이 가해지게 된다. 충격에 약한 촉매를 사용하는 경우, 생성물의 흐름을 방해하고 반응기 내의 압력을 상승시켜 촉매의 전환율을 낮추기 때문에 높은 강도를 갖는 것이 공정 운전상에 커다란 이점을 주게 된다. The catalyst according to the present invention preferably has a strength of 16 to 75N, and increases the strength to have a rigidity with less crushing even in regeneration or circulation of the catalyst. If the strength of the catalyst is less than 16N, it is easily broken, making it difficult to apply to a continuous reaction system. The dehydrogenation catalyst is accompanied by coke generation and after a certain reaction, it is regenerated by burning coke through an oxidation reaction, and thermal cracking occurs during the process. In addition, under the condition that the catalyst is operated while circulating, friction or impact is applied during transport. In case of using a catalyst that is weak to impact, having high strength gives a great advantage to the operation of the process because the flow of the product is obstructed and the pressure in the reactor is increased to lower the conversion rate of the catalyst.

본 발명에 따른 탈수소화 촉매는 백금에 대한 보조금속의 몰비를 0.3-1.6 로 높임으로써, 보조금속과 백금의 프로모션 효과를 최적화하여 프로필렌 수율 증가와 코크 감소에 의한 촉매 장기 운전 성능을 개선하고, 촉매의 산점을 소정의 범위로 조정하여 탄화수소 탈수소 반응에서 수소/탄화수소비 하향 시 코크가 급속히 증가하는 현상을 방지함으로써 공정 생산량이 향상되는 수소/탄화수소비 하향 조건에서 운전이 가능해져서 공정 경제성을 향상시킬 수 있고, 촉매 체적밀도를 높여서 동일 반응기 부피 내에 촉매 투입 질량이 증가함으로써 반응기 성능이 개선되어 공정 수율을 향상시킬 수 있다. The dehydrogenation catalyst according to the present invention increases the molar ratio of subsidy to platinum to 0.3-1.6, thereby optimizing the promotion effect of subsidy and platinum to improve catalyst long-term operation performance by increasing propylene yield and reducing coke, and By adjusting the acid point to a predetermined range, it is possible to operate under the hydrogen/hydrocarbon ratio downward condition, which improves the process output by preventing the rapid increase in coke when the hydrogen / hydrocarbon ratio is lowered in the hydrocarbon dehydrogenation reaction, thereby improving process economics. , by increasing the catalyst volume density to increase the catalyst input mass within the same reactor volume, the reactor performance can be improved and the process yield can be improved.

본 발명의 다른 양상은 탄화수소의 탈수소화 반응용 촉매의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해서 탈수소화 촉매를 제조하는 경우에는 이원 기공 특성을 갖는 지지체를 제공한다. Another aspect of the present invention relates to a method for preparing a catalyst for the dehydrogenation of hydrocarbons. When the dehydrogenation catalyst is prepared by the method of the present invention, a support having binary pore properties is provided.

본 발명에서 지지체로는 다양한 지지체를 사용할 수 있는데, 바람직하게 지지체는 90% 이상이 세타-결정상인 알루미나(Al2O3)를 사용할 수 있다. 상기 이원 기공 특성을 갖는 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1∼2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1∼21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 지지체일 수 있다. In the present invention, various supports can be used as the support, and preferably, the support is alumina (Al 2 O 3 ) in which 90% or more of the theta-crystal phase can be used. The support having the binary pore property has an average pore size of 5 to 100 nm, a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 /g, and an average pore size of 0.1 to 20 μm, and a total pore volume of 0.1 to 21 cm 3 It may be a support including all macropores of /g.

상기 지지체에 세슘 전구체를 분산시켜 지지체 내에 세슘을 담지한다. 구체적으로 세슘 금속 전구체를 용매에 용해시켜 세슘 전구체 용액을 제조한 후, 이 전구체 용액을 알루미나 담체에 함침한다. The cesium precursor is dispersed in the support to support cesium in the support. Specifically, a cesium precursor solution is prepared by dissolving a cesium metal precursor in a solvent, and then the precursor solution is impregnated into an alumina carrier.

이어서 상기 세슘/지지체 촉매에 주석과 백금을 순차적으로 함침, 건조 및 소성하여 백금-주석-세슘/알루미나 촉매를 제조한다. 먼저 주석 전구체를 용매에 용해시켜 주석 전구체 용액을 제조하고, 주석 전구체 용액을 세슘-알루미나에 함침하여 주석-세슘/알루미나를 수득한다. 이어서 백금 전구체를 용매에 용해시켜 백금 전구체 용액을 제조하고, 백금 전구체 용액을 주석-세슘-알루미나에 함침하여, 백금-주석-세슘-알루미나 촉매를 수득한다. Subsequently, the cesium/support catalyst is sequentially impregnated with tin and platinum, dried and calcined to prepare a platinum-tin-cesium/alumina catalyst. First, a tin precursor is dissolved in a solvent to prepare a tin precursor solution, and the tin precursor solution is impregnated with cesium-alumina to obtain tin-cesium/alumina. Then, the platinum precursor is dissolved in a solvent to prepare a platinum precursor solution, and the platinum precursor solution is impregnated with tin-cesium-alumina to obtain a platinum-tin-cesium-alumina catalyst.

본 발명에서는 백금에 대한 보조금속의 몰비 및 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비를 조절하고, 소결 온도를 조절함으로써 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 mlKOH/g 촉매의 산점량을 갖도록 제조할 수 있다. In the present invention, when the catalyst is titrated with KOH by adjusting the molar ratio of subsidy to platinum and the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst, the sintering temperature can be prepared to have an acid content of 20 to 150 mlKOH/g catalyst.

상기 용매는 각각 물 또는 알코올 중에서 선택될 수 있으며, 물이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The solvent may be selected from water or alcohol, respectively, and water is preferable, but is not limited thereto.

각 단계에서 사용되는 금속의 전구체는 통상적으로 사용되는 전구체라면 어떠한 것도 사용가능한데, 일반적으로 금속 클로라이드(Metal chloride), 나이트레이트(Nitrate), 브로마이드(Bromide), 옥사이드(Oxide), 하이드록사이드(hydroxide)나 아세테이트(Acetate) 전구체로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. As the precursor of the metal used in each step, any commonly used precursor can be used, and in general, metal chloride, nitrate, bromide, oxide, hydroxide ) or one or more selected from acetate precursors may be used.

본 발명에서 활성금속 또는 보조 금속 담지 전 1000 ℃ 내지 1400℃에서 1시간 내지 2시간 동안 소성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 여기서 상기 소성 온도가 1000℃ 미만이거나 열처리 시간이 1시간 미만인 경우에는 금속-알루미나의 형성이 충분하지 않아서 바람직하지 않고, 열처리 온도가 1400℃를 초과하거나 열처리 시간이 2시간을 초과하는 경우에는 지지체의 상이 변성될 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다.In the present invention, the step of calcining at 1000 ° C. to 1400 ° C. for 1 hour to 2 hours before loading the active metal or auxiliary metal may be further included. Here, if the calcination temperature is less than 1000 ° C or the heat treatment time is less than 1 hour, the formation of metal-alumina is not sufficient, which is not preferable, and when the heat treatment temperature exceeds 1400 ° C or the heat treatment time exceeds 2 hours, the This is not preferable because there is a risk that the phase may be denatured.

본 발명의 또 다른 양상은 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비는 0.6~0.9wt%이고, 촉매 총 중량에 대한 보조금속의 중량비는 0.2~0.3 wt%이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 ml KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 탄화수소 탈수소화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 에탄, 프로판, 노말 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄 또는 옥탄과 같은 선형 탄화수소의 탈수소화에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 프로판의 탈수소화 공정을 통해 프로필렌을 제조하는 공정으로 사용될 수 있으나, 반드시 이러한 공정으로 제한되는 것은 아니다. Another aspect of the present invention is a dehydrogenation catalyst in which a platinum group metal, sub-group, alkali metal or alkaline earth metal component is supported on a support, wherein the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst is 0.6 to 0.9 wt %, and the total weight of the catalyst The weight ratio of the subsidy is 0.2 to 0.3 wt %, and when the catalyst is titrated with KOH, it has an acid site amount of 20 to 150 ml KOH / g catalyst. A method for dehydrogenating hydrocarbons comprising the step of contacting with a dehydrogenation catalyst will be. The process of the present invention is applicable to the dehydrogenation of linear hydrocarbons such as ethane, propane, normal butane, pentane, hexane, heptane or octane. For example, the method of the present invention may be used as a process for producing propylene through a dehydrogenation process of propane, but is not necessarily limited to this process.

탈수소화는 대기압 또는 승압에서 수행될 수 있다. 탄화수소/수소 부피비는 바람직하게는 탈수소화 속도를 최적화하기 위해 0.1 내지 1.5의 범위이다. 비활성화 비율에 비례하여, 다른 부피 비율이 사용될 수도 있다. Dehydrogenation can be carried out at atmospheric pressure or at elevated pressure. The hydrocarbon/hydrogen volume ratio is preferably in the range of 0.1 to 1.5 to optimize the dehydrogenation rate. Proportional to the inactivation ratio, other volumetric ratios may be used.

본 발명에 따른 탄화수소의 탈수소화 방법은, 반응 조건을 가혹하게 할 경우에도 촉매의 성능 감소가 적으며, 비활성화가 심해진 경우에도 장기 사용 안정성의 측면에서 개선된 효과를 보인다. 본 발명의 탈수소화 촉매를 이용하여 고온에서 프로판을 탈수소화 반응시킬 경우 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도, 및 프로필렌 수율을 향상시킬 수 있다. The method for dehydrogenation of hydrocarbons according to the present invention exhibits an improved effect in terms of long-term stability even when the catalyst performance is reduced and the deactivation is severe even when the reaction conditions are severe. When propane is dehydrogenated at a high temperature using the dehydrogenation catalyst of the present invention, the propane conversion rate, the propylene selectivity in the product, and the propylene yield can be improved.

본 발명의 촉매는 어떤 탄화수소 종의 수소화 및 탈수소화에도 적합하다. 어떤 비제한적인 예들은 불포화 탄화수소를 덜 포화되거나 또는 완전히 포화된 탄화수소로 전환시키기 위한 것과 같은 수소화 반응; 및 에탄의 에틸렌으로의 전환, 프로판의 프로필렌으로의 전환, 이소부탄의 이소부틸렌으로의 전환 또는 에틸벤젠의 스티렌으로의 전환과 같은 탈수소 반응을 포함한다. 반응물질 탄화수소는 순수한 형태로 제공되거나, 질소 또는 수소와 같은 희석제로 처리되거나, 공기 또는 산소와 조합하거나, 당업계에 알려진 어떤 방법에도 의할 수 있다. The catalyst of the present invention is suitable for the hydrogenation and dehydrogenation of any hydrocarbon species. Certain non-limiting examples include hydrogenation reactions such as to convert unsaturated hydrocarbons to less saturated or fully saturated hydrocarbons; and dehydrogenation reactions such as conversion of ethane to ethylene, conversion of propane to propylene, conversion of isobutane to isobutylene, or conversion of ethylbenzene to styrene. The reactant hydrocarbons may be provided in pure form, treated with a diluent such as nitrogen or hydrogen, combined with air or oxygen, or by any method known in the art.

이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 구체적인 구현예를 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating specific embodiments of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

제조예: 탈수소화 분석 촉매의 제조Preparation Example: Preparation of Dehydrogenation Analytical Catalyst

미국특허 제 4,542,113호에 준하여 제조된 구형의 감마 결정성을 갖는 알루미나를 독일의 사솔(Sasol)사에서 구입하여, 관형의 전기로(고려전기로)를 이용하여 공기의 흐름 300㎖/min 상에서 1050℃의 온도로 2시간 동안 열변형하여 촉매합성의 지지체로 사용하였다. X-ray 분석법을 이용하여 알루미나의 결정성을 측정하였으며, 90% 이상의 세타 결정성을 가지고 있었다. Purchasing spherical alumina having gamma crystallinity manufactured according to US Patent No. 4,542,113 from Sasol, Germany, using a tubular electric furnace (Koryo Electric Furnace), 1050 at an air flow of 300 ml/min It was thermally deformed at a temperature of ℃ for 2 hours and used as a support for catalyst synthesis. The crystallinity of alumina was measured using X-ray analysis, and it had a theta crystallinity of 90% or more.

상기 열변형된 알루미나 지지체를 사용하여 상온/승온 흡착 담지법으로 촉매를 제조하였다. 주석 염화물(SnCl2,>99%, Sigma) 0.0652 g, 염산(HCl, >35%, JUNSEI) 0.8571g, 질산(HNO3, 70%, Yakuri) 0.1071g을 증류수 41g에 넣어 녹인 후, 열변형된 알루미나 20 g을 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기 (HAHNSHIN Scientific Co.)를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 회전시켜 건조하였다. 완전한 건조를 위하여 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 700℃ 가열로에서 3시간 동안 열처리하였다. 이후, 주석이 담지된 알루미나 20g을 염화 백금산(H2PtCl66H2O, 99.95%, Aldrich) 0.2655 g, 염산 0.2857 g, 질산 0.0714g이 녹아 있는 증류수 39.3228g에 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 회전시켜 건조하였고, 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 600℃ 가열로에서 3시간 동안 열처리하였다. 이후, 주석과 백금이 담지된 알루미나 20g을 질산세슘(CsNO3, >99%, Sigma-Aldrich) 0.2053g, 염산 0.3257g이 녹아있는 증류수 39.7632g에 넣어 담지하였다. 담지액은 회전증발기를 이용하여 건조하였으며, 상온에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 교반한 후, 감압 상태 80℃에서 1.5시간 동안 25 rpm으로 회전시켜 건조하였고, 105℃ 오븐에서 15시간 동안 건조하고, 600℃ 가열로에서 3시간 동안 열처리하여 탈수소화 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared using the heat-deformed alumina support by an adsorption support method at room temperature / elevated temperature. 0.0652 g of tin chloride (SnCl 2 ,>99%, Sigma), 0.8571g of hydrochloric acid (HCl, >35%, JUNSEI), and 0.1071g of nitric acid (HNO 3 , 70%, Yakuri) were dissolved in 41g of distilled water and then heat deformed 20 g of aged alumina was added and supported. The support solution was dried using a rotary evaporator (HAHNSHIN Scientific Co.), stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and then dried by rotating at 25 rpm at 80° C. under reduced pressure for 1.5 hours. For complete drying, it was dried in an oven at 105° C. for 15 hours, and heat-treated in a furnace at 700° C. for 3 hours. Thereafter, 20 g of tin-supported alumina was placed in 39.3228 g of distilled water in which 0.2655 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 6H 2 O, 99.95%, Aldrich), 0.2857 g of hydrochloric acid, and 0.0714 g of nitric acid were dissolved and supported. The supporting solution was dried using a rotary evaporator, stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and dried by rotating at 25 rpm for 1.5 hours at 80° C. under reduced pressure, dried in an oven at 105° C. for 15 hours, 600 It was heat-treated in a furnace at ℃ for 3 hours. Then, 20 g of tin and platinum-supported alumina was placed in 39.7632 g of distilled water in which cesium nitrate (CsNO 3 , >99%, Sigma-Aldrich) 0.2053 g and hydrochloric acid 0.3257 g were dissolved, and supported. The supporting solution was dried using a rotary evaporator, stirred at 25 rpm for 1.5 hours at room temperature, and dried by rotating at 25 rpm for 1.5 hours at 80° C. under reduced pressure, dried in an oven at 105° C. for 15 hours, 600 A dehydrogenation catalyst was prepared by heat treatment in a furnace at ℃ for 3 hours.

실시예 1~4Examples 1-4

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비, 주석의 중량비 또는 산점량이 본 발명의 범위에 포함되는 다양한 탈수소화 촉매를 제조하였다.As shown in Table 1 below, various dehydrogenation catalysts were prepared in which the weight ratio of cesium, the weight ratio of tin, or the amount of acid sites relative to the total weight of the catalyst were included in the scope of the present invention.

비교예 1~4Comparative Examples 1-4

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비, 주석의 중량비 또는 촉매의 산점량을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탈수소화 촉매를 제조하였다. As shown in Table 1 below, a dehydrogenation catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst, the weight ratio of tin, or the amount of acid sites of the catalyst were changed.

실험예 1 : 탈수소화 촉매의 성능 실험Experimental Example 1: Performance test of dehydrogenation catalyst

촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비 또는 촉매의 산점량을 변화시키면서, 상기 촉매 성능 평가 방법에 기재된 절차에 따라서 탈수소 반응을 수행하였고, 선택도, 전환율 및 수율을 측정하였다. 측정 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.The dehydrogenation reaction was performed according to the procedure described in the catalyst performance evaluation method while changing the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst or the amount of acid sites of the catalyst, and selectivity, conversion, and yield were measured. The measurement results are shown in Table 1 below.

[촉매 성능 평가 방법][Method for evaluating catalyst performance]

본 발명에 따른 탈수소화 촉매의 성능은 아래와 같은 방법으로 평가하였다.실시예 1~4 및 비교예 1~4에서 제조된 촉매들 3.2 ㎖를 부피가 7 ㎖인 석영 반응기 내에 각각 충진한 후, 프로판과 수소의 혼합기체를 공급하여 탈수소 반응을 각각 수행하였다. 이때, 수소와 프로판의 비율은 0.2:1로 고정하였으며, 단열조건 하에서 반응온도는 620℃, 절대압력은 0.5 atm, 액체공간속도는 15hr-1 로 유지하면서 탈수소 반응을 수행하였다. 반응 후의 기체 조성은 반응 장치와 연결된 기체 크로마토그래피로 분석하여, 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도 및 수율을 측정하였다.The performance of the dehydrogenation catalyst according to the present invention was evaluated in the following manner. 3.2 ml of the catalysts prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were charged into a quartz reactor having a volume of 7 ml, respectively, and then propane A mixed gas of hydrogen and hydrogen was supplied to perform dehydrogenation reactions, respectively. At this time, the ratio of hydrogen and propane was fixed at 0.2:1, and under adiabatic conditions, the reaction temperature was 620°C, the absolute pressure was 0.5 atm, and the dehydrogenation reaction was performed while maintaining the liquid space velocity at 15hr -1. The gas composition after the reaction was analyzed by gas chromatography connected to the reaction apparatus to measure propane conversion, propylene selectivity and yield in the product.

Figure pat00001
Figure pat00001

* 표 1에서 wt%는 촉매 총 중량에 대한 것임.* In Table 1, wt% refers to the total weight of the catalyst.

상기 표 1의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 세슘 함량이 0.5wt%인 비교예 1의 촉매는 본 발명의 촉매(실시예 1~4)에 비해 소량의 세슘으로 지지체의 산점이 많아 비활성화 속도가 빠르며 코크도 많이 침적되었다. 한편, 세슘의 함량이 1.0 wt%인 비교예 2의 촉매는 본 발명의 촉매(실시예 1~4)에 비해 과량의 세슘이 담지되어 촉매의 활성이 저하되었다.As can be seen from the results of Table 1, the catalyst of Comparative Example 1 having a cesium content of 0.5 wt% had a small amount of cesium compared to the catalysts (Examples 1 to 4) of the present invention, and the deactivation rate was higher due to the large number of acid sites in the support. It was fast and a lot of coke was deposited. On the other hand, in the catalyst of Comparative Example 2 having a cesium content of 1.0 wt%, an excess of cesium was supported compared to the catalyst of the present invention (Examples 1 to 4), and thus the activity of the catalyst was reduced.

또한, 산점량이 본 발명의 범위 내인 경우에는 수소/탄화수소비 하향 조건에서도 탈수소 공정을 진행할 수 있어, 공정 수율을 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 산점량이 조정된 본 발명의 촉매를 사용하여 산화 탈수소 반응을 수행한 결과, 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도, 및 프로필렌 수율이 높게 나타나 매우 우수한 촉매 활성을 나타내었다. 따라서 본 발명의 산화 탈수소 촉매는 프로판 산화 탈수소 반응에서 프로판 전환율, 생성물 중의 프로필렌 선택도, 및 프로필렌 수율을 높게 나타내어 매우 높은 촉매 활성을 나타냄을 알 수 있다.In addition, when the amount of acid sites is within the range of the present invention, it can be confirmed that the dehydrogenation process can be performed even under the conditions of the hydrogen/hydrocarbon ratio downward, and thus the process yield can be improved. In addition, as a result of performing the oxidative dehydrogenation reaction using the catalyst of the present invention with an adjusted acid site amount, the propane conversion rate, the propylene selectivity in the product, and the propylene yield were high, indicating very excellent catalytic activity. Therefore, it can be seen that the oxidative dehydrogenation catalyst of the present invention exhibits very high catalytic activity by showing high propane conversion rate, propylene selectivity in the product, and propylene yield in propane oxidative dehydrogenation reaction.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단지 예시를 위한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능하다는 것을 이해할 것이며, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다. Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, these descriptions are for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains various modifications and changes within the spirit and scope of the present invention. It will be understood that , addition, etc. are possible, and such modifications and changes are to be understood as belonging to the protection scope of the present invention defined by the following claims.

Claims (16)

알루미나 지지체에 백금족 금속, 보조금속, 세슘 성분이 담지된 탈수소화 촉매로서, 촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비는 0.6~0.9wt%이고, 촉매 총 중량에 대한 보조금속의 중량비는 0.2~0.3wt%이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
A dehydrogenation catalyst in which a platinum group metal, sub-group, and cesium component are supported on an alumina support, wherein the weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst is 0.6 to 0.9 wt%, and the weight ratio of the sub-group to the total weight of the catalyst is 0.2 to 0.3 wt%. , a dehydrogenation catalyst, characterized in that it has an acid site amount of 20 to 150 μmol KOH/g catalyst when the catalyst is titrated with KOH.
제1항에 있어서, 상기 탈수소화 촉매는 촉매 총 중량에 대해 백금족 금속 0.3~0.8 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the dehydrogenation catalyst comprises 0.3 to 0.8 wt% of a platinum group metal based on the total weight of the catalyst.
제1항에 있어서, 상기 탈수소화 촉매는 0.55~0.9 g/cc의 체적밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the dehydrogenation catalyst has a volume density of 0.55 to 0.9 g/cc.
제1항에 있어서, 상기 지지체는 TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, Cr2O3 및 Nb2O5 및 이들의 혼합 성분으로 구성되는 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the support is selected from the group consisting of TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Cr 2 O 3 and Nb 2 O 5 and mixtures thereof. .
제4항에 있어서, 상기 지지체는 90% 이상이 θ-결정상인 알루미나인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 4, wherein the support is 90% or more of alumina having a θ-crystalline phase.
제1항에 있어서, 상기 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1∼2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1∼21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 지지체임을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
According to claim 1, wherein the support has an average pore size of 5 to 100 nm, a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 /g mesopores, an average pore size of 0.1 to 20 ㎛, and a total pore volume of 0.1 to 21 A dehydrogenation catalyst, characterized in that it is a support including all of the macropores of cm 3 / g.
제1항에 있어서, 상기 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐 및 오스뮴의 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the platinum group metal is at least one selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium and osmium.
제1항에 있어서, 상기 보조금속은 주석, 게르마늄, 갈륨, 인듐, 아연 및 망간으로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the sub-genus is at least one selected from the group consisting of tin, germanium, gallium, indium, zinc and manganese.
제1항에 있어서, 상기 보조금속은 주석인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the sub-genus is tin.
제1항에 있어서, 상기 지지체는 비표면적이 75~140 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 탈수소화 촉매.
The dehydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the support has a specific surface area of 75 to 140 m 2 /g.
탄화수소의 탈수소화 반응용 촉매의 제조방법에 있어서,
이원 기공 특성을 갖는 지지체를 제공하는 단계;
상기 지지체에 세슘 전구체를 분산시켜 지지체 내에 세슘을 담지하는 단계;
상기 세슘/지지체 촉매에 주석과 백금을 순차적으로 함침, 건조 및 소성하여 백금-주석-세슘/알루미나 지지체 촉매를 제조하는 단계를 포함하되,
촉매 총 중량에 대한 세슘의 중량비는 0.6~0.9wt%이고, 촉매 총 중량에 대한 주석의 중량비는 0.2~0.3 wt%이며, 촉매를 KOH로 적정 시 20~150 μmol KOH/g 촉매의 산점량을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 탈수소 촉매 제조방법.
In the method for producing a catalyst for the dehydrogenation reaction of hydrocarbons,
providing a support having binary pore properties;
dispersing a cesium precursor in the support to support cesium in the support;
A step of sequentially impregnating, drying and calcining the cesium/support catalyst with tin and platinum to prepare a platinum-tin-cesium/alumina support catalyst,
The weight ratio of cesium to the total weight of the catalyst is 0.6 to 0.9 wt%, the weight ratio of tin to the total weight of the catalyst is 0.2 to 0.3 wt%, and when the catalyst is titrated with KOH, the acid content of 20 to 150 μmol KOH/g catalyst is calculated. A method for producing a dehydrogenation catalyst, characterized in that it has.
제11항에 있어서, 상기 이원 기공 특성을 갖는 지지체는 평균 기공크기가 5∼100 nm이고, 총 기공부피가 0.1∼2.1 ㎤/g인 메조 기공과 평균 기공크기가 0.1∼20 ㎛이고, 총 기공부피가 0.1∼21 ㎤/g인 매크로 기공을 모두 포함하는 지지체임을 특징으로 하는 탈수소화 촉매의 제조방법.
12. The method of claim 11, wherein the support having binary pore properties has an average pore size of 5 to 100 nm, a total pore volume of 0.1 to 2.1 cm 3 /g, and mesopores having an average pore size of 0.1 to 20 μm, and total pores A method for producing a dehydrogenation catalyst, characterized in that the support includes all macropores having a volume of 0.1 to 21 cm 3 /g.
제11항에 있어서, 상기 지지체는 90% 이상이 세타-결정상인 알루미나(Al2O3)인 것을 특징으로 하는 탄화수소 탈수소화 방법.
12. The method of claim 11, wherein the support is alumina (Al 2 O 3 ) in which at least 90% of the theta-crystalline phase is a hydrocarbon dehydrogenation method.
제11항에 있어서, 상기 방법은 백금 또는 주석 담지 전 1000℃ 내지 1400℃에서 1시간 내지 2시간 동안 소성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 탈수소화 방법.
12. The method of claim 11, wherein the method further comprises calcining at 1000°C to 1400°C for 1 hour to 2 hours before loading platinum or tin.
탄화수소를 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 탄화수소 탈수소화 방법.
A process for dehydrogenating hydrocarbons comprising the step of contacting a hydrocarbon with the dehydrogenation catalyst according to claim 1 .
제15항에 있어서, 상기 탄화수소는 에탄, 프로판, 프로판, 노말 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄 또는 옥탄 중 1종을 포함하는 것인 탄화수소 탈수소화 방법.
16. The method of claim 15, wherein the hydrocarbon comprises one of ethane, propane, propane, normal butane, pentane, hexane, heptane or octane.
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