KR920010008B1 - Dehydrogenation catalyst and process for preparing it - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
본 발명은 탈수소 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 선형 파라핀을 탈수소하여 선형을 레핀을 제조하는 방법에 있어서 촉매사용에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to a dehydrogenation catalyst and a preparation method thereof. The present invention also relates to the use of catalysts in the process for producing linear lepins by dehydrogenating linear paraffins.
분자중에 비교적 많은 수의 탄소원자(9개 이상)를 함유하고 선형 올레핀은 널리 사용되고 있다. 즉 예를 들면 평균해서 약 1분자당 12개의 탄소원자를 가지고 있는 선형 올레핀은 생분해성 세제 제조시의 유용한 중간체를 구성하고 있는 선형의 알킬쇄를 가지고 알킬벤젠 제조에 사용되고 있다.The molecule contains a relatively large number of carbon atoms (more than 9) and linear olefins are widely used. In other words, linear olefins having, on average, about 12 carbon atoms per molecule are used for the production of alkylbenzenes with linear alkyl chains that constitute useful intermediates in the production of biodegradable detergents.
종래부터 선형 파리핀을 탈수소하여 선형 올레핀을 제조하는 방법은 공지되어 있는데 이들 방법중에서 수소와 선형 파라핀으로 구성된 기체상태의 것을 탈수소 촉매와 접촉시키고 대기압 또는 초대기압하에서 고온에서 반응시키고 있는 것이다. 이러한 목적에 적당한 촉매로는 일반적으로 백금 또는 백금족에 속하는 금속을 실리카, 알루미나, 천연 또는 합성 실리코 알루미네이트 등에 지지시킨 것 등이 있다.Conventionally, a method of producing linear olefins by dehydrogenating linear paraffins is known. Among these methods, a gaseous state composed of hydrogen and linear paraffins is contacted with a dehydrogenation catalyst and reacted at a high temperature under atmospheric or superatmospheric pressure. Suitable catalysts for this purpose generally include those in which a metal belonging to platinum or a platinum group is supported on silica, alumina, natural or synthetic silica aluminate, or the like.
이들 촉매가 탈수소작용을 나타내는 조건하에서 올레핀 및/또는 파라핀의 열분해, 이성질화 또는 고리화 등과 같은 여러 가지 2차적인 반응이 일어난다. 더우기 탈수소 반응이 더 진행되는 경우가 가끔 있어서 이때는 모노올레핀류 보다 불포화로가 큰 생성물, 즉 디올레핀류가 생성된다. 결국 탈수소 공정에서 일어나는 통상적인 현상으로 인해 촉매의 비활성화가 신속히 일어나서 대개 탄소사 침착되는데 이렇게 되면 촉매의 수명을 단축시키고 상업적인 규모의 제조공정에 심각한 부담을 안겨주게 되는 것이다.Under the conditions in which these catalysts exhibit dehydrogenation, a number of secondary reactions occur such as pyrolysis, isomerization or cyclization of olefins and / or paraffins. Furthermore, the dehydrogenation reaction sometimes proceeds further, in which case a product having a higher unsaturated furnace than monoolefins, that is, diolefins is produced. Eventually, due to the usual phenomena occurring in dehydrogenation processes, catalyst deactivation occurs rapidly, usually carbon sand deposition, which shortens the life of the catalyst and places a serious burden on commercial scale manufacturing processes.
탈수소 공정에서 나타나는 촉매의 활성과 선택성 등의 특성을 향상시키기 위해서 백금이나 백금속에 속하는 금속과 한가지 이상의 다른 금속을 결합시킨 촉매 조성물이 종래부터 제안되어 왔었다.In order to improve the characteristics such as activity and selectivity of the catalyst appearing in the dehydrogenation process, a catalyst composition in which a metal belonging to platinum or a platinum metal and one or more other metals has been conventionally proposed.
즉 그 예를 들면 미국특허 제3,745,112호에서는 백금, 주석 또는 알칼리 금속을 지지체에 침착시킨 탈수소 촉매가 개시되어 있고 미국특허 제3,892,657호에는 백금, 인듐 및 알칼리금속이나 알칼리토금속을 지지체에 지지시킨 탈수소 촉매가 나와 있으며 영국특허 제1,499,297호에는 칼륨, 인듐 및 탈륨 중에서 선택된 최소한 한 가지의 원소와 백금, 알칼리 금속을 알루미나 지지체에 지지시킨 촉매에 관하여 기술하고 있으며 마지막으로 미국특허 제4,486,547호에서는 백금속 금속, 주석, 인듐 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 지지체에 지지시킨 탈수소 촉매가 나와 있다.For example, U.S. Patent No. 3,745,112 discloses a dehydrogenation catalyst in which platinum, tin or alkali metals are deposited on a support, and U.S. Patent No. 3,892,657 discloses a dehydrogenation catalyst in which platinum, indium, and alkali or alkaline earth metals are supported on a support. British Patent No. 1,499,297 describes at least one element selected from potassium, indium and thallium, a catalyst supporting platinum and an alkali metal on an alumina support. Finally, U.S. Patent No. 4,486,547 describes a white metal metal, Dehydrogen catalysts are shown in which tin, indium and alkali or alkaline earth metals are supported on a support.
그러나, 이런 공지의 촉매들은 모든 관점에 있어서, 즉 선형파라핀의 탈수소 공정에서 나타나는 활성, 유용한 반응 생성물의 선택성 및 이런 선택성과 활성의 장시간 유지 등에 있어서 모두가 만족스럽지 못한 것이다.However, these known catalysts are unsatisfactory in all respects, i.e. in the activity seen in the dehydrogenation process of linear paraffins, in the selectivity of useful reaction products and in the long term maintenance of such selectivity and activity.
본 출원인은 백금, 주석 및 탈륨을 상호 임계적인 비율로 결합하면 선형 파라핀을 탈수소해서 선형 올레핀을 생성시킴에 있어서 양호하고도 오래 지속되는 활성을 나타내는 촉매 조성물을 얻을 수 있다는 것을 발견한 것이다.Applicants have discovered that combining platinum, tin and thallium at mutually critical ratios yields catalyst compositions that exhibit good and long lasting activity in dehydrogenating linear paraffins to produce linear olefins.
따라서 이 촉매의 첫 번째 특성과 관련하여 본 발명은 고체상의 다공성 입상지지체에다 촉매 총중량에 대해 백금 0.05-1중량%, 주석 0.1-1중량%, 탈륨 0.12-1중량%, 알칼리금속 0-1중량%을 침착시키고 이때 주석/탈륨의 비율을 1/1과 같거나 그보다 작게 하며, 백금/(주석+탈륨)의 비율을 0.15/1-0.5/1의 범위내에 있도록한 탈수소 촉매에 관한 것이다.Therefore, in relation to the first property of this catalyst, the present invention is a porous particulate support in solid phase and 0.05-1% by weight of platinum, 0.1-1% by weight of tin, 0.12-1% by weight of thallium, and 0-1% by weight of alkali metal, based on the total weight of the catalyst. And a dehydrogenation catalyst wherein the percentage of tin / thallium is equal to or less than 1/1 and the platinum / (tin + thallium) ratio is within the range of 0.15 / 1-0.5 / 1.
바람직한 형태의 실시태양으로서는 본 발명의 촉매에 동일한 촉매에 비하여 촉매용 금속을 총량으로 1.0-2.5중량% 함유하도록 하고 이 촉매용 금속에 있어서 주석과 탈륨의 중량비를 0.4/1-0.8/1이 되게 하는 것이다.In a preferred embodiment, the catalyst of the present invention contains 1.0 to 2.5% by weight of the total amount of the catalyst metal compared to the same catalyst, and the weight ratio of tin to thallium in the catalyst metal is 0.4 / 1 to 0.8 / 1. It is.
몇 가지 경우에 있어서 본 발명의 촉매에 알칼리금속이 있으므로 해서 여러 가지로 유지함이 확인되었기 때문에 구체적인 실시 태양에 따라 본 발명의 촉매에는 백금, 주석 및 탈륨 이외에 알칼리금속을 첨가한다. 이 경우에 있어서, 백금과 알칼리금속과의 중량비를 0.2/1-2.0/1의 범위로 하면 유리한데 원자량이 작은 알칼리금속에 대해서는 중량비를 작게 한다.In some cases, it has been confirmed that the catalyst of the present invention is maintained in various ways because of the presence of an alkali metal, and according to specific embodiments, an alkali metal is added to the catalyst of the present invention in addition to platinum, tin and thallium. In this case, it is advantageous to set the weight ratio of platinum to alkali metal in the range of 0.2 / 1-2.0 / 1, but the weight ratio is reduced for alkali metals having a small atomic weight.
본 발명의 촉매용의 적당한 지지체는 표면적이 크고(대체로 100㎡/g 이상) 기공율이 큰(대체로 0.5ml/g 이상) 고체상의 과립형 지지체인데 보통 실리카, 알루미나 및 천연 또는 합성실리코 알루미네이트 중에서 선택한다.Suitable supports for the catalysts of the invention are solid granular supports having a large surface area (usually at least 100 m 2 / g) and large porosity (usually at least 0.5 ml / g), usually selected from silica, alumina and natural or synthetic silica aluminates. do.
바람직한 지지체는 표 면적이 100-400㎡/g의 범위이고 총 기공체적이 0.5-1.2ml/g인 정지층 반응기에 사용되는 과립형태의 감마결정형인 알루미나이다.Preferred supports are alumina in the form of gamma crystals in the form of granules used in stationary bed reactors having a table area in the range of 100-400 m 2 / g and a total pore volume of 0.5-1.2 ml / g.
촉매의 제조 방법은 다음과 같다 : (a) 지지체에 수용성이며 고온에서 분해하는 화합물 특히 백금, 주석 및 탈륨의 염 및 산의 산성용액, 특히 질산용액을 함침시키고; (b) 함침된 지지체를 건조시키며; (c) 필요에 따라서는 건조된 지지체를 알칼리금속의 수산화물로 함침시키며; (d) 두 번이나 함침된 지지체를 건조시키며; (e) 건조된 지지체를 고온에서 하소시킨 다음; (f) 하소된 촉매를 환원시킨다.The process for preparing the catalyst is as follows: (a) impregnating the support with a water-soluble compound which decomposes at high temperatures, in particular salts of platinum, tin and thallium and acidic solutions of acids, in particular nitric acid; (b) drying the impregnated support; (c) if necessary, the dried support is impregnated with an alkali metal hydroxide; (d) dry the impregnated support twice; (e) calcining the dried support at high temperature; (f) reduce the calcined catalyst.
함침공정 단계 (a)에 사용할 수 있는 화합물의 예로서는 염화백금, 염화주석 및 질산탈륨이 있다.Examples of compounds that can be used in the impregnation process step (a) are platinum chloride, tin chloride and thallium nitrate.
함침공정은 지지체에다 용액을 공급하고 교반하고 실온(20-25℃) 또는 실온과 가까운 온도에서 함침한다. 1회 함침 또는 연속함침을 해서 적당량의 촉매용 금속이 함침되게 한다.In the impregnation process, the solution is supplied to the support, stirred, and impregnated at room temperature (20-25 ° C.) or close to room temperature. One impregnation or continuous impregnation is performed to impregnate an appropriate amount of catalyst metal.
건조공정 단계(b)는 함침용액의 제적이 지지체 전체 기공체적보다 큰 경우에 실시할 필요가 있는데 근본적으로 과잉의(즉 흡착되지 않은) 용매를 제거함에 그 목적이 있다.The drying step (b) needs to be carried out when the volume of the impregnating solution is larger than the total pore volume of the support, which is essentially intended to remove excess (ie, unadsorbed) solvent.
이러한 건조공정은 공기 기류 중에서 100-130℃에서 실시한다. 다수의 건조공정 단계를 구성하여 백금, 주석 및 탈륨화합물의 용액으로 여러번 함침시킨 후 건조시킨다.This drying process is carried out at 100-130 ° C. in an air stream. A number of drying process steps are constructed to impregnate several times with a solution of platinum, tin and thallium compounds and then to dry.
임의의 공정단계인 (c) 공정에서 앞서 나온 바 있는 방식에 따라 알칼리금속의 수산화물 수용액으로 함침시키는데 이 함침공정에 이어서 건조공정 단계(d)를 실시한다.An impregnation with an aqueous hydroxide solution of alkali metal is carried out according to the process described above in any process step (c), followed by the drying step (d).
하소공정 단계(e)에서는 공기 기류중에서 촉매를 450-550℃에서 2-8시간 가열하여 하소처리하는 것이다.In the calcination step (e), the catalyst is calcined by heating at 450-550 ° C. for 2-8 hours in an air stream.
환원공정단계(f)에서는 하소된 촉매를 대기압 또는 대기압보다 큰 압력하에서 350-500℃의 온도에서 수소가스와 접촉시켜 환원시키는 것이다.In the reduction process step (f), the calcined catalyst is reduced by contact with hydrogen gas at a temperature of 350-500 ° C. under atmospheric pressure or a pressure greater than atmospheric pressure.
실질적인 실시태양에 따르면 하소공정 단계(e)를 알칼리금속의 수산화물로 함침하는 공정단계(c)에 앞서 실시하는데 이 경우에 있어서도 본 발명의 목적에 합당한 유용한 촉매를 얻게 된다.According to a practical embodiment, the calcination step (e) is carried out prior to the step (c) of impregnation with an alkali metal hydroxide, in which case also a useful catalyst suitable for the purpose of the present invention is obtained.
또 다른 실시태양에 의하면 모든 촉매용 금속 화합물을 함유하는 수용액으로 지지체를 함침시키는데 즉 알칼리금속 화합물을 백금, 주석 및 탈륨화합물에 가해서된 화합물로 함침시킨다. 이 경우에 있어서 (c) 단계와 (d) 단계를 생략해도 된다.In another embodiment, the support is impregnated with an aqueous solution containing all the metal compounds for the catalyst, ie the alkali metal compound is impregnated with the compound added to the platinum, tin and thallium compounds. In this case, steps (c) and (d) may be omitted.
황화제, 즉 황화수소 같은 것으로 동일한 촉매에 대해 황과 백금의 원자비가 2/1이 되는 량으로 환원된 촉매를 처리하는 것이 적절하다. 이러한 처리는 전형적인 탈수소조건(400-500℃의 온도) 하에서 반응 혼합물과 더불어 환원된 촉매에 공급되는 질소분위기 중에서 희석된 황화수소를 처리하면 좋다.It is appropriate to treat the sulfiding agent, ie hydrogen sulfide, with the reduced catalyst in an amount such that the atomic ratio of sulfur to platinum is 2/1 for the same catalyst. This treatment may be accomplished by treating the hydrogen sulfide diluted in the nitrogen atmosphere supplied to the reduced catalyst with the reaction mixture under typical dehydrogenation conditions (temperature of 400-500 ° C.).
이렇게 해서 제조된 촉매는 선형파라핀류를 탈수소하여 선형 올레핀류로 만드는 공정에서 활성과 선택성이 크고 이런 특성이 장기간 지속된다.The catalyst prepared in this way has high activity and selectivity in the process of dehydrogenating linear paraffins to linear olefins, and these characteristics last for a long time.
특히 탈수소처리되는 선형 파라핀류는 9개 이상의 탄소원자, 즉 9-20개, 특히 10-14개의 탄소원자를 그 분자중에 함유하는 것들이다. 이러한 파라핀류는 수소와 더불어 기체상태로(수소와 파라핀의 몰수는 1/1-15/1) 고정층 반응기의 촉매층으로 구성된 촉매에 공급되어 400-550℃의 온도범위에서 대기압보다 큰 압력(0.5-5kg/cm) 하에서 액상의 파라핀 공급물에 대한 시간당 공간유속을 5-100시간-1으로 해서 탈수소 처리한다.Particularly dehydrogenated linear paraffins are those containing at least 9 carbon atoms, i.e. 9-20, in particular 10-14 carbon atoms in the molecule. These paraffins are supplied in a gaseous state with hydrogen (the number of moles of hydrogen and paraffin are 1 / 1-15 / 1) to a catalyst composed of a catalyst bed of a fixed bed reactor, and a pressure higher than atmospheric pressure in the temperature range of 400-550 ° C (0.5- Dehydrogenation with an hourly space velocity of 5-100 hours −1 for the liquid paraffin feed under 5 kg / cm).
마지막으로 올레핀을 공지의 방법으로 탈수소 반응 생성물로부터 분리한다.Finally, the olefin is separated from the dehydrogenation product by known methods.
본 발명을 실시예에 따라 설명한다.The present invention is explained according to the examples.
[실시예 1]Example 1
촉매지지체로서 다음 특성을 가진 시판품인 감마알루미나를 사용한다 :As a catalyst support, a commercially available gamma alumina having the following characteristics is used:
-표 면적 : 196㎡/gTable Area: 196㎡ / g
-총기공체적 : 0.75ml/gTotal volume: 0.75ml / g
-입자크기 : 1.25-1.6mmParticle Size: 1.25-1.6mm
이 감마 알루미나 90g에다 질산탈륨 -(I) 0.83g과 65% 질산 6g으로 만든 용액 120ml을 교반하면서 서서히 첨가한다.To 90 g of gamma alumina, 120 ml of a solution made of 0.83 g of thallium nitrate-(I) and 6 g of 65% nitric acid is slowly added with stirring.
이 용액과 감마 알루미나를 교반하면서 실온(20-25℃)에서 1시간 접촉시킨 다음 공기 기류 중에서 120℃에서 1시간 가열하여 과잉량의 용매를 거의 완전히 증발시켜 버린다.The solution and gamma alumina are contacted with stirring at room temperature (20-25 ° C.) for 1 hour and then heated at 120 ° C. for 1 hour in an air stream to almost completely evaporate excess solvent.
염화주석 0.9g, 염화백금 2.2g(백금중량의 16%) 및 65% 질산 6g을 함유하는 용액 120ml을 만들어 이것을 건조된 지지체에다 실온에서 교반하면서 서서히 가한다.120 ml of a solution containing 0.9 g of tin chloride, 2.2 g of platinum chloride (16% of platinum weight) and 6 g of 65% nitric acid was prepared and added slowly to the dried support while stirring at room temperature.
이 용액과 지지체를 교반하면서 실온에서 1시간 접촉시키고 다시 공기 기류 중에서 120℃에서 1시간 접촉시킨다.The solution and the support are contacted at room temperature for 1 hour with stirring, and then contacted at 120 ° C. for 1 hour in an air stream.
여기서 얻은 건조된 고체를 공기기류 중에서 머플로에서 500℃에서 4시간 하소한다. 마지막으로 촉매를 냉각하며 촉매를 얻는데 이 촉매의 조성을 표 1에 나와 있다.The dried solid obtained here is calcined at 500 ° C. for 4 hours in a muffle in air stream. Finally, the catalyst is cooled to obtain a catalyst. The composition of the catalyst is shown in Table 1.
[실시예 2]Example 2
건조된 지지체를 탈륨, 주석 및 백금화합물로 함침한 뒤 수산화리튬 1.35g으로 만든 용액 120ml로 함침하는 것 외에는 실시예 1의 방법과 같이 실시한다.The dried support was impregnated with thallium, tin and platinum compounds, and then impregnated with 120 ml of a solution made of 1.35 g of lithium hydroxide, in the same manner as in Example 1.
수산화리튬 용액으로 함침하고 나서 촉매를 실시예 1의 조건하에서 건조시켜 하소해서 촉매를 얻는데 이 촉매의 조성은 표 1에 있다.After impregnating with a lithium hydroxide solution, the catalyst was dried under the conditions of Example 1 to be calcined to obtain a catalyst. The composition of the catalyst is shown in Table 1.
[실시예 3]Example 3
실시예 1에 있는 마찬가지의 시판품인 감마 알루미나 90g에 질산탈륨(I) 0.96g과 질산 6g(65중량%)으로 된 용액 120ml을 교반하면서 실온(20-25℃)에서 서서히 첨가한다.To 90 g of the same commercially available gamma alumina in Example 1, 120 ml of a solution of 0.96 g of thallium nitrate (I) and 6 g (65 wt%) of nitric acid was slowly added at room temperature (20-25 ° C.) with stirring.
실온(20-25℃)에서 계속 교반하면서 1시간 접촉시킨 다음 120℃로 가열하여 이 온도에서 대기중에서 1시간 유지한다.Contact was continued for 1 hour with constant stirring at room temperature (20-25 ° C.), followed by heating to 120 ° C. and holding at room temperature for 1 hour.
염화주석 1.2g, 염화백금 3.1g(백금중량의 16%) 및 질산 6g(65중량%)로 된 용액 120ml을 만들어 건조된 고체에다 실온에서 교반하면서 서서히 첨가한 다음 용액과 고체를 교반하면서 실온에서 1시간 접촉하고 대기중에서 다시 120℃에서 접촉시킨다. 이렇게 해서 얻는 건조된 고체를 대기중에서 머플로에서 500℃에서 4시간 하소 처리한다.A solution of 1.2 g of tin chloride, 3.1 g of platinum chloride (16% by weight of platinum) and 6 g (65% by weight) of nitric acid was made up and slowly added to the dried solid with stirring at room temperature, followed by stirring of the solution and solid at room temperature. It is contacted for 1 hour and contacted again at 120 ° C in the atmosphere. The dried solid thus obtained is calcined at 500 ° C. in a muffle for 4 hours in air.
마지막으로 촉매를 냉각하며 촉매를 얻는데 이 촉매의 조성은 표 1에 있는 바와 같다.Finally, the catalyst is cooled to obtain a catalyst whose composition is shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
[실시예 4]Example 4
실시예 1-3에서 제조된 촉매들을 사용하여 선형 파라핀류를 탈수소해서 선형 올레핀을 제조하는 시험을 한다.Using the catalysts prepared in Examples 1-3, dehydration of linear paraffins is carried out to prepare linear olefins.
이러한 목적으로 고정층의 관상 마이크로 반응기에 각 촉매6ml을 장입하고 400℃ 및 2kg/㎠의 압력에서 5시간 수소기류 중에서 예비 환원시킨 다음 각 촉매를 황화 반응시켜 S/Pt의 원자비가 약 2/1이 되게 한다. 이러한 목적으로 탈수소반응용의 정상적인 혼합물을 촉매에다 공급하는데 이때의 황화수소는 460℃ 및 2kg/㎠ 압력에서 질소분위기에서 체적으로 5% 함유량으로 한다.For this purpose, 6 ml of each catalyst was charged into a fixed bed tubular micro-reactor, preliminarily reduced in hydrogen gas stream at 400 ° C. and 2 kg / cm 2 for 5 hours, and each catalyst was sulfided to yield an atomic ratio of S / Pt of about 2/1. To be. For this purpose, a normal mixture for the dehydrogenation reaction is supplied to the catalyst, wherein the hydrogen sulfide is 5% by volume in a nitrogen atmosphere at 460 ° C. and 2 kg / cm 2 pressure.
이러한 처리를 하고 나서 H2/선형 파타핀류의 몰비를 5/1로 하고, 동일 혼합물에서의 물의 함량을 중량으로 2,000ppm으로 하여 선형(C10-C13) 파라핀류, 수소 및 물을 가스상태 혼합물로 해서 반응기에 공급하여 탈수소 시험율을 실시한다.After these treatments, the linear (C 10 -C 13 ) paraffins, hydrogen and water were in a gaseous state with a molar ratio of H 2 / linear patapins of 5/1 and 2,000 ppm by weight of water in the same mixture. The mixture was fed to the reactor and subjected to the dehydrogenation test rate.
액상 파라핀 혼합물 공급물에 대하여 시간당 공간유속(액상파라핀 체적/촉매체적/시간)을 25시간-1으로 하고 488℃ 및 2kg/㎠의 압력하에서 다시 탈수소 처리한다.The hourly space flow rate (liquid paraffin volume / catalyst volume / hour) is 25 hours −1 for the liquid paraffin mixture feed and dehydrogenated again at 488 ° C. and a pressure of 2 kg / cm 2.
각 시험을 20시간 실시하고 다음 표 2에 있어서 선형 파라핀류의 평균 전환율(%)라 올레핀류에의 평균선택도(%)을 전환된 선형 파라핀류에 대해 계산한 것을 실시예 1-3에서 제조된 촉매 각각에 대하여 아래와 같이 보고한다.Each test was carried out for 20 hours, and the average selectivity (%) of the linear paraffins in the following Table 2 was calculated for the converted linear paraffins in Example 1-3. Each reported catalyst is reported as follows.
[표 2]TABLE 2
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