KR102065344B1 - Catalyst for the Synthesis of Jet Fuel Range Hydrocarbon Through Deoxygenation reaction, manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체 및 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 담지된 니켈 및 알루미늄을 포함하며, 식물성 오일로부터 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물을 제조하는 항공유 제조용 촉매에 관한 것으로, 본 발명에 따른 항공유 제조용 촉매를 이용할 경우 높은 수율의 항공유 혼합물의 제조가 가능한 장점이 있다.The present invention includes a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier having a short axis diameter of 1: 1 to 3, and nickel and aluminum supported on the SBA-15 or SBA-16 carrier, and deoxidized from vegetable oil. The present invention relates to a catalyst for preparing an aviation oil for the production of an aviation oil mixture in the fire extinguishing reaction. When using the aviation oil production catalyst according to the present invention, there is an advantage in that a high yield of the aviation oil mixture can be prepared.
Description
본 발명은 항공유 제조를 위한 1단계 반응인 탈산소화 반응에서 항공유 범위의 탄화수소 혼합물 (C8 - C16 hydrocarbon)을 고 수율로 제조하는 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for preparing a hydrocarbon mixture (C 8 -C 16 hydrocarbon) in the range of the aviation oil in a high yield in a deoxygenation reaction for the production of aviation oil and a method for producing the same.
최근 석탄 또는 석유 등과 같은 화석연료의 고갈이 가시화됨에 따라, 미래에 에너지원을 확보하기 위한 다양한 대체 기술이 개발되고 있다. 이중 식물 유래의 바이오매스가 화석연료에 치우쳐 있던 산업 설비등에 직접 적용이 가능한 대체 자원으로 인식됨에 따라, 이에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.As the depletion of fossil fuels such as coal or petroleum has recently become visible, various alternative technologies have been developed to secure energy sources in the future. Since the plant-derived biomass is recognized as an alternative resource that can be directly applied to industrial facilities that are biased to fossil fuels, research and development on this is being actively conducted.
특히, 지상에서 자동차 등에 이용되는 연료와 달리, 비행에 이용되는 항공유는 높은 고도 및 -45 ℃ 이하의 저온 환경에서 이용되어야 하는 특징이 있어, 태양광 등으로 대체가 불가능한 문제점이 있으며, 이러한 특징에 따라 바이오매스를 이용하여 저온에서도 이용 가능한 바이오 항공유가 더욱 주목받고 있다.In particular, unlike fuel used for automobiles on the ground, aviation oil used for flight has a feature that must be used in high altitude and low temperature environment of -45 ℃ or less, there is a problem that can not be replaced by sunlight, etc. Accordingly, bio-aviation oils that can be used even at low temperatures by using biomass are attracting more attention.
통상적으로 바이오 오일을 이용한 바이오 항공유의 제조는 크게 두 단계의 반응으로 구성된다.Typically, the preparation of bio-aviation oil using bio-oil consists of two stages of reaction.
먼저 첫 번째 반응단계는 바이오 오일로부터 탈산소화 반응 단계를 통해 디젤의 탄화수소 화합물 범위 (C12 - C22) 혹은 항공유의 탄화수소 화합물 범위 (C8 - C16)로 전환시키는 단계이며, 계속해서 두 번째 반응단계인 수첨 업그레이딩 반응을 통해 분지 (Branch)형 탄화수소 성분이 70% 이상인 탄화수소 화합물 범위를 갖는 항공유를 제조하게 된다. 첫 번째 탈소산화 반응 단계에서는 디젤의 탄화수소 화합물의 범위로 전환시키는 것보다는 항공유에 해당하는 탄화수소 화합물의 범위로 직접 전환시키는 것이 매우 중요하며, 이에 필요한 고 활성을 가진 촉매의 개발이 요구된다. 또한 후자의 수첨 업그레이딩 반응은 항공유에서 요구하는 중요한 물성 중에 하나인 -40도 이하의 극 저온에서의 유동특성이 부여하기 위해 노말 탄화수소를 분지형 탄화수소로 전환시키는 단계이다. 본 발명은 첫 번째 반응단계인 탈산소화 반응 단계에 해당하며, 고 활성의 촉매의 적용을 통해 항공유의 탄화수소 화합물 범위로 전환시키는 단계에 관련한다.Firstly, the first reaction step is to convert the biooil from the hydrocarbon compound range (C 12 -C 22 ) or the hydrocarbon oil range (C 8 -C 16 ) through the deoxygenation step. The hydrogenation upgrading reaction, which is a reaction step, produces an aviation oil having a hydrocarbon compound range of 70% or more of the branched hydrocarbon component. In the first deoxidation reaction step, it is very important to convert directly to the range of hydrocarbon compounds corresponding to aviation oil, rather than to the range of hydrocarbon compounds of diesel, it is necessary to develop a catalyst with high activity required. In addition, the latter hydrogenation upgrading reaction converts normal hydrocarbons into branched hydrocarbons in order to give flow characteristics at an extremely low temperature of -40 degrees or less, which is one of important properties required for aviation oil. The present invention corresponds to the first reaction step, the deoxygenation step, and relates to the step of converting to a hydrocarbon compound range of aviation oil through the application of a highly active catalyst.
통상적으로 이러한 첫 번째 단계인 탈산소화 반응에 사용한 촉매는 활성 성분인 금속이 무기 담체에 담지된 형태의 금속 담지촉매를 사용하고 있는데, 금속성분으로는 팔라듐, 백금, 로듐 및 이리듐 등에서 선택되는 귀금속의 활성성분이 이용되는데, 주로 백금 또는 팔라듐을 통상 5 wt%로 과량을 담지하고 있다. 또한 담체로는 주로 탄소, 실리카, 알루미늄 등의 세공의 크기가 나노크기로 매우 작거나 불규칙한 형태를 가진 담체를 사용하고 있다. 따라서 이러한 귀금속이 담지된 촉매는 고가의 귀금속을 과량을 사용하기 때문에 촉매의 제조비용이 매우 비싼 문제점을 있으며, 또한 나노 세공이 불규칙하게 구성된 세공 구조에 기인하여 바이오 오일과 같이 탄화수소의 탄소수가 큰 물질의 경우에 촉매의 담체 내에 포함된 금속의 활성점으로 물질전달이 어렵고, 생성된 생성물도 또한 세공 밖으로 쉽게 빠져 나오기 어려워 항공유의 탄화수소 화합물 범위(C8 - C16)의 수율이 낮은 문제점이 있다.Typically, the catalyst used in the first step, the deoxygenation reaction, uses a metal supported catalyst in which an active metal is supported on an inorganic carrier. The metal component is a noble metal selected from palladium, platinum, rhodium, and iridium. The active ingredient is used, mainly supporting an excess of platinum or palladium, usually 5 wt%. In addition, as a carrier, a carrier having a very small or irregular shape having a pore size of carbon, silica, aluminum, or the like is mainly used. Therefore, the catalyst supported on the noble metal has a problem that the production cost of the catalyst is very expensive because of using an excessive amount of expensive noble metal, and also due to the pore structure in which nano pores are irregularly formed, a material having a large carbon number of hydrocarbons such as bio oil In the case of the mass transfer to the active site of the metal contained in the catalyst of the catalyst is difficult, the resulting product is also difficult to escape easily out of the pores, there is a problem that the yield of the hydrocarbon compound range (C 8 -C 16 ) of the aviation oil is low.
본 발명의 목적은 가격이 저렴한 니켈 기반 메조 세공을 가진 적절한 산 세기를 가진 담지촉매를 적용하여 탈산소화 반응에서 항공유 범위의 탄화수소 혼합물을 고 수율로 제조할 수 있고, 가격이 저렴한 항공유 제조용 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a catalyst for the production of aviation oil, which is capable of producing a high yield of hydrocarbon mixtures in the range of aviation oil in deoxygenation by applying a supported catalyst having an appropriate acid strength with inexpensive nickel-based mesopores. It aims to do it.
본 발명은 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 메조세공을 가진 SBA-15 또는 SBA-16 담체 및 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 담지된 니켈 및 알루미늄을 포함한 항공유 제조용 촉매를 사용하여, 식물성 오일로부터 탈산소화 반응시 항공유 범위의 탄화수소 혼합물을 고 수율로 제조할 수 있는 항공유 제조용 촉매가 제공된다.The present invention is a uniaxial diameter: long axis diameter of 1: 1 to 3 having a rod-shaped mesopore having a mesopore and for the production of aviation oil containing nickel and aluminum supported on the SBA-15 or SBA-16 carrier Using a catalyst, there is provided a catalyst for the production of aviation oil which can produce a high yield of hydrocarbon mixtures in the range of aviation oils during deoxygenation from vegetable oils.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매에 포함되는 알루미늄은 크래킹 반응을 위한 적절한 산점을 부여하기 위해 사용하였는데, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 포함된 실리카 100몰 대비 1 내지 7 몰 포함되는 것일 수 있다.Aluminum included in the aviation oil production catalyst according to an embodiment of the present invention was used to give an appropriate acid point for the cracking reaction, including 1 to 7 moles compared to 100 moles of silica contained in the SBA-15 or SBA-16 carrier. It may be.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매에 포함되는 니켈은 수소화 탈산소화 반응에 필요한 기능을 부여하기 위해 사용하였는데, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체 전체 중량 대비 5 내지 20 중량% 포함될 수 있다.Nickel included in the catalyst for aviation oil production according to an embodiment of the present invention was used to impart a function required for the hydrodeoxygenation reaction, and may be included in an amount of 5 to 20 wt% based on the total weight of the SBA-15 or SBA-16 carrier. .
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매에서, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체의 크기를 적절한 크기가 요구되는데, 장축 직경은 0.5 내지 10 ㎛일 수 있다.In the catalyst for aviation oil production according to an embodiment of the present invention, an appropriate size is required for the size of the SBA-15 or SBA-16 carrier, and the major axis diameter may be 0.5 to 10 μm.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매에서, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체는 평균 기공 크기가 4 내지 12 ㎚인 메조 세공 담체일 수 있다.In the catalyst for aviation oil production according to an embodiment of the present invention, the SBA-15 or SBA-16 carrier may be a mesoporous carrier having an average pore size of 4 to 12 nm.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매에서, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체의 비표면적은 600 내지 850 m2/g인 메조 세공 담체일 수 있다.In the catalyst for aviation oil production according to an embodiment of the present invention, the specific surface area of the SBA-15 or SBA-16 carrier may be a mesoporous carrier having a 600 to 850 m 2 / g.
본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응시, 상기 식물성 오일은 메틸 팔미테이트를 포함하는 것일 수 있다.In the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, the vegetable oil may include methyl palmitate.
본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응시, 상기 식물성 오일은 때죽나무로부터 추출한 오일을 포함하는 것일 수 있다.In the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, the vegetable oil may include an oil extracted from a deadwood tree.
본 발명은 또한 상술된 항공유 제조용 촉매의 제조방법이 제공된다.The present invention also provides a method for producing a catalyst for producing aviation oil described above.
본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은, 단면의 직경 : 길이가 1: 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체와 알루미늄 전구체를 접촉시키는 알루미늄 도입단계; 알루미늄이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 니켈 금속 전구체와 접촉하는 니켈 도입단계; 및 니켈이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 환원하는 환원단계;를 포함한하는 것일 수 있다.Method for producing a catalyst for aviation oil production according to the present invention, the diameter of the cross-section: length 1: 1 to 3, the introduction of aluminum to contact the aluminum precursor with a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier; A nickel introduction step of contacting the aluminum introduced SBA-15 or SBA-16 carrier with a nickel metal precursor; And a reduction step of reducing the SBA-15 or SBA-16 carrier to which nickel is introduced.
본 발명은 또한 상술된 항공유 제조용 촉매를 사용하는, 항공유의 제조방법이 제공된다.The present invention also provides a process for producing aviation oil, using the catalyst for aviation oil production described above.
본 발명에 의한 항공유의 제조방법은, 탄소수 9 내지 17의 지방산 메틸 에스테르와 상술된 항공유 제조용 촉매의 반응으로 탄소수 8 내지 16의 항공유 혼합물을 고선택적으로 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.The method for preparing aviation oil according to the present invention may include the step of selectively preparing an aviation oil mixture having 8 to 16 carbon atoms by reaction of the fatty acid methyl ester having 9 to 17 carbon atoms with the catalyst for preparing aviation oil described above.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유의 제조방법에서, 상기 항공유 제조용 촉매는 탄소수 9 내지 17의 지방산 메틸 에스테르 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부로 혼합될 수 있다.In the method for preparing aviation oil according to an embodiment of the present invention, the catalyst for preparing aviation oil may be mixed in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of fatty acid methyl ester having 9 to 17 carbon atoms.
본 발명은 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 메조 세공 SBA-15 또는 SBA-16 담체 및 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 담지된 니켈 및 알루미늄을 포함함으로써, 나노크기의 불규칙한 세공을 가진 다른 담체 또는 금속을 이용하는 경우 대비 탈산소화 반응시 항공유 범위의 탄화수소 혼합물 제조에 있어서 현저히 높은 수율을 제조할 수 있는 장점이 있다. 나아가 상대적으로 저렴한 니켈 및 알루미늄을 제조함으로써 귀금속에 비해 촉매비용이 1/10 이하인 매우 낮은 비용으로도 탈산소화 반응시 항공유 범위의 탄화수소 혼합물 제조할 수 있는 장점이 있다.The present invention is a nano-size by including a rod-shaped mesoporous SBA-15 or SBA-16 carrier having a short axis diameter of 1: 1 to 3, and nickel and aluminum supported on the SBA-15 or SBA-16 carrier. In the case of using other carriers or metals having irregular pores, there is an advantage that a significantly higher yield can be produced in the preparation of hydrocarbon mixtures in the range of aviation oil in the deoxygenation reaction. Furthermore, by producing relatively inexpensive nickel and aluminum, there is an advantage in that hydrocarbon mixtures in the range of aviation oils can be produced in the deoxygenation reaction even at a very low cost of less than 1/10 of the catalyst cost compared to precious metals.
도 1은 본 발명의 담체 제조예 및 비교 담체 제조예에서 제조된 담체의 질소 흡착 분포 곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 담체 제조예 및 비교 담체 제조예에서 제조된 담체의 기공분석 결과 및 기공의 부피를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 담체 제조예 및 비교 담체 제조예에서 제조된 담체를 SEM을 통해 관찰하고 이를 도시한 것이다.Figure 1 shows the nitrogen adsorption distribution curve of the carrier prepared in the carrier preparation and comparative carrier preparation of the present invention.
Figure 2 shows the pore analysis results and the volume of the pores of the carrier prepared in the carrier preparation example and comparative carrier preparation of the present invention.
Figure 3 shows the carrier prepared in the carrier preparation example and comparative carrier preparation of the present invention through SEM and shown.
이하 본 발명에 따른 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조용 촉매에 대해 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a catalyst for preparing an aviation oil mixture in the deoxygenation reaction according to the present invention will be described in detail. In this case, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning that is commonly understood by those of ordinary skill in the art, unnecessarily obscure the subject matter of the present invention in the following description Description of known functions and configurations that may be omitted.
본 발명은 단축 직경(W) : 장축 직경(L)이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 메조 세공 SBA-15 또는 SBA-16 담체 및 상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 담지된 니켈 및 알루미늄을 포함하며, 식물성 오일로부터 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물을 고 수율로 제조할 수 있는 촉매에 관한 것이다.In the present invention, the uniaxial diameter (W) is a rod-shaped mesoporous SBA-15 or SBA-16 carrier having a major axis diameter (L) of 1 to 3 and nickel and aluminum supported on the SBA-15 or SBA-16 carrier. It includes, and relates to a catalyst capable of producing a high yield of aviation oil mixture in the deoxygenation reaction from vegetable oil.
이하, 본 발명에 있어서 “폭”은 “단축 직경(W)” 또는 단면의 “직경”과 동일한 의미로 사용되었으며, “길이”는 “장축 직경(L)” 또는 단면의 “길이”와 동일한 의미로 사용되었다.Hereinafter, in the present invention, "width" is used in the same sense as "short axis diameter (W)" or "diameter" of the cross section, "length" means the same as "long axis diameter (L)" or "length" of the cross section. Was used.
또한 본 발명에 있어서, “항공유”는 탄화수소 화합물 범위(C8 - C16)의 혼합물을 의미하는 것으로, “바이오 합성유”, “바이오 항공유”, “항공유 혼합물” 또는 “항공유분” 과 동일한 의미로 사용되었다.In addition, in the present invention, "air fuel" means a mixture of the hydrocarbon compound range (C 8 -C 16 ), and has the same meaning as "bio synthetic oil", "bio aviation oil", "air fuel mixture" or "air fuel oil" Was used.
또한 본 발명에 있어서, 담체에 포함된 실리카(Si) 몰수 대비 알루미늄(Al2)의 몰수에 대한 비율은 “Si/Al2”으로 표시된다.In addition, in the present invention, the ratio of the number of moles of aluminum (Al 2 ) to the number of moles of silica (Si) included in the carrier is represented by “Si / Al 2 ”.
본 발명에 의한 탈산소화 반응에 있어서, 촉매는 식물성 오일로부터 바이오 항공유를 제조하는 단계 중, 첫 번째 단계인 탈산소화 반응에 관여한다. 구체적으로, 본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매는, 상기 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조에 적용하여 높은 수율로 항공유의 탄화수소 화합물 범위 (C8 - C16)로의 전환을 가능케 하는 장점이 있다. 더 나아가, 백금이나 팔라듐 등과 같은 고가의 귀금속 촉매를 이용하지 않으면서도, 높은 수율의 바이오 합성유를 제조하여 원가를 절감하면서도 높은 효율로 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물의 제조가 가능한 장점이 있다.In the deoxygenation reaction according to the present invention, the catalyst is involved in the deoxygenation reaction, which is the first step in the production of bio aviation oil from vegetable oil. Specifically, the catalyst for aviation oil production according to the present invention has the advantage of enabling the conversion of aviation oil to the hydrocarbon compound range (C 8 -C 16 ) in a high yield by applying to the production of aviation oil mixture in the deoxygenation reaction. Furthermore, without using expensive precious metal catalysts such as platinum or palladium, there is an advantage that the production of aviation oil mixture in the deoxygenation reaction with high efficiency while reducing the cost by producing a high yield bio-synthetic oil.
상세하게는, 본 발명에 의한 탈산소화 반응에 있어서 항공유 제조용 촉매는 특히 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3의 비율을 만족하는 로드 형상의 메조 세공 SBA-15 또는 SBA-16 담체에, 니켈 및 알루미늄이 담지되어 있는 것을 특징으로 한다. 나아가 본 발명과 달리 상술한 단면의 직경 : 길이 비율을 만족하지 않는 형상의 담체, 무정형 담체, 혈소판 또는 도넛과 같은 둥근 형상으로 동일한 재질의 담체를 제조한다하여도, 본 발명과 같이 높은 수율의 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조가 어려운 차이점이 있다. 나아가, 상술한 단축 직경과 장축 직경의 비율을 만족하더라도, SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체가 아닌 다른 재질의 담체를 이용하거나, 알루미늄 및 니켈이 아닌 다른 금속을 담지하는 경우에도, 본 발명과 같이 높은 수율로 바이오 합성유를 제조하기 어려운 단점이 있다.Specifically, in the deoxygenation reaction according to the present invention, the catalyst for aviation oil production is particularly preferably used in a rod-shaped mesoporous SBA-15 or SBA-16 carrier having a ratio of uniaxial diameter: major axis diameter of 1: 1 to 3: And aluminum is supported. Furthermore, unlike the present invention, even if a carrier of the same material is produced in a round shape such as a carrier, an amorphous carrier, a platelet or a donut having a shape that does not satisfy the diameter: length ratio described above, high yield deoxidation as in the present invention There are differences in the digestion reactions that make aviation oil mixtures difficult. Furthermore, even when the ratio between the short axis diameter and the long axis diameter described above is satisfied, even when a carrier of a material other than SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier is used or a metal other than aluminum and nickel is supported. As described above, there is a disadvantage in that it is difficult to manufacture bio synthetic oil in high yield.
결과적으로, 본 발명에 의한 탈산소화 반응에 있어서 항공유 제조용 촉매는 특히 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체와 적절한 함량의 니켈 및 알루미늄 금속의 결합에 의한 상승효과를 나타내어, 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물을 고 수율로 제조할 수 있는 장점이 있다.As a result, in the deoxygenation reaction according to the present invention, the catalyst for the production of aviation oil is particularly preferably a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier having a uniaxial diameter: long axis diameter of 1: 1 to 3 and an appropriate content of nickel and aluminum metal. The synergistic effect of the combination of, has the advantage that can be produced in a high yield in the air fuel mixture in the deoxygenation reaction.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서 항공유 제조용 촉매는 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3, 구체적으로는 1 내지 2.5일 수 있으며, 이러한 범위에서 탈산소화 공정 중 발생하는 액체 및 기체 생성물들이 쉽게 담체 밖으로 배출됨으로써, 액체 및 기체 생성물들이 담체의 기공에 충진되어 발생하는 촉매활성의 급격한 저하를 예방함으로써, 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물을 고 수율로 제조할 수 있는 장점이 있다.Specifically, in the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, the catalyst for aviation oil production may have a short axis diameter: long axis diameter of 1: 1 to 3, specifically 1 to 2.5, and may occur during the deoxygenation process. Since liquid and gaseous products are easily discharged out of the carrier, it is possible to prepare a high yield of aviation oil mixture in the deoxygenation reaction by preventing the rapid decrease in catalytic activity caused by the liquid and gaseous products filled in the pores of the carrier. There is this.
더 나아가, 상술한 바와 같이 탈산소화 공정에서 발생하는 액체 및 기체 생성물들이 쉽게 담체 밖으로 배출됨으로써, 촉매의 재생이 어려워지는 문제를 해결하여 장기적인 관점에서 촉매의 재사용이 용이하고, 촉매 교체 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.Furthermore, as described above, liquid and gaseous products generated in the deoxygenation process are easily discharged out of the carrier, thereby solving the problem of difficulty in regenerating the catalyst, thereby facilitating reuse of the catalyst in the long term, and reducing the cost of replacing the catalyst. There are advantages to it.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서 항공유분 혼합물 제조용 촉매에 이용되는 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체는 평균 기공 크기가 4 내지 12 ㎚일 수 있으며, 비표면적이 600 내지 850 m2/g, 구체적으로 650 내지 840 m2/g일 수 있다.In addition, in the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carriers used in the catalyst for preparing the aviation oil mixture may have an average pore size of 4 to 12 nm and a specific surface area of 600 To 850 m 2 / g, specifically 650 to 840 m 2 / g.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매에 포함된 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체가 상술한 평균 기공 크기 및 비표면적을 만족하는 경우, 상술한 바와 같이 탈산소화 공정에서 발생하는 액체 및 기체 생성물들이 쉽게 담체 밖으로 배출되어 촉매 활성 저하를 방지하고, 재생을 용이하게 하는 장점이 있다. 더 나아가, 촉매의 재생을 용이하게 하고 탈산소화의 생성물을 용이하게 배출하기 위한 관점에서 기공 크기를 지나치게 확장하는 경우 비표면적이 낮아지는 문제를 유발할 수 있으나, 상술한 범위에서 비표면적을 확보함과 동시에, 탈산소화의 생성물들이 쉽게 배출되어 공정 진행 중 생성물이 쉽게 배출되지 않아 발생하는 촉매활성 저하 문제를 예방할 수 있는 장점이 있다.When the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier included in the catalyst for aviation oil production according to an embodiment of the present invention satisfies the above average pore size and specific surface area, the liquid generated in the deoxygenation process as described above and Gas products are easily discharged out of the carrier to prevent deterioration of catalyst activity and to facilitate regeneration. Furthermore, if the pore size is excessively expanded in view of facilitating the regeneration of the catalyst and easily discharging the product of deoxygenation, the specific surface area may be lowered, but the specific surface area may be secured in the above-described range. At the same time, there is an advantage in that the products of deoxygenation are easily discharged to prevent the problem of deterioration of catalyst activity caused by the product not being easily discharged during the process.
이러한 장점에 의하여, 상술한 평균 기공 크기 및 비표면적을 만족하는 항공유 제조용 촉매를 후술하는 식물성 오일, 구체적으로 메틸 팔미테이트에 적용하여 탈산소화 공정을 수행하는 경우, C8 내지 C16의 범위에 해당하는 항공유 혼합물을 75% 이상, 좋게는 80% 이상의 높은 수율로 제조할 수 있는 장점이 있으며, 이는 동일한 조건에서 상술한 단면의 직경:길이 비율을 만족하지 않는 형상의 담체, 무정형 담체, 혈소판 또는 도넛과 같은 둥근 형상의 촉매를 형성하여 탈산소화를 수행하는 경우 70% 이상의 수율을 나타내기 어려운 한계와 대비되는 결과로 볼 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매가 현저히 높은 수율의 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조하는 효과를 달성할 수 있음을 확인할 수 있다.Due to these advantages, when the catalyst for aviation oil production that satisfies the above-mentioned average pore size and specific surface area is applied to vegetable oil, specifically methyl palmitate, to be described later, the deoxygenation process falls within the range of C 8 to C 16 . It is advantageous in that the aviation oil mixture can be prepared in a high yield of 75% or more, preferably 80% or more, which is a carrier, amorphous carrier, platelet or donut having a shape that does not satisfy the diameter: length ratio of the above-mentioned cross section under the same conditions. When deoxygenation is carried out by forming a round catalyst such as this, it can be seen as a result in contrast with the limit of hardly showing a yield of 70% or more. It can be seen that the effect of preparing the mixture of aviation oil can be achieved.
본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조용 촉매에서, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체의 장축 직경은 0.5 내지 10 ㎛일 수 있으며, 단축 직경은 상술한 비율 범위를 만족할 수 있다.In the catalyst for preparing an aviation oil mixture in the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, the major axis diameter of the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier may be 0.5 to 10 μm, and the minor axis diameter is in the above-described ratio range. Can be satisfied.
일 예로, 상기 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체의 장축 직경은 0.5 내지 5 ㎛일 수 있으며, 단축 직경은 상술한 비율 범위를 만족할 수 있다.For example, the major axis diameter of the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier may be 0.5 to 5 ㎛, the minor axis diameter may satisfy the above-described ratio range.
일 예로, SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체의 장축 직경은 1.0 내지 3.0 ㎛일 수 있으며, 단축 직경은 상술한 비율 범위를 만족할 수 있다.For example, the major axis diameter of the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier may be 1.0 to 3.0 ㎛, the minor axis diameter may satisfy the above ratio range.
상술한 범위에서 입자 크기에 의한 비표면적을 일부 확보하면서도, 지나치게 미세한 입자크기에 의하여 반응 후 생성물로부터 촉매의 분리가 어려워지는 문제점을 예방할 수 있다.While securing a part of the specific surface area by the particle size in the above-described range, it is possible to prevent the problem that the separation of the catalyst from the product after the reaction is difficult due to the excessively fine particle size.
본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서, 항공유 혼합물 제조용용 촉매에 포함되는 알루미늄은 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체에 포함된 실리카 100몰 대비 1 내지 7 몰, 더욱 구체적으로는 2 내지 5몰 포함될 수 있다. 이때, 담지되는 알루미늄 함량이 상술한 범위보다 많을 경우 미반응된 반응물인 메틸 에스테르 성분이 다량 잔류하는 문제가 발생할 수 있으며, 담지된 알루미늄 함량이 상술한 범위보다 적은 경우 탄소수가 지나치게 낮은 탄화수소가 제조되어, 불필요한 탄화수소에 기인한 카본 손실이 큰 문제점이 있다.In the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, aluminum included in the catalyst for preparing an aviation oil mixture is 1 to 7 moles, more specifically, 100 moles of silica contained in the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier. 2 to 5 moles may be included. In this case, when the supported aluminum content is more than the above-mentioned range, a large amount of unreacted reactant methyl ester component may remain. When the supported aluminum content is less than the above-mentioned range, hydrocarbons having too low carbon number may be produced. There is a big problem of carbon loss due to unnecessary hydrocarbons.
본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서, 항공유 혼합물 제조용 촉매에 포함되는 니켈은 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체 전체 중량 대비 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상술한 범위에서는, 니켈의 함량이 너무 낮아 탈산소화 효율이 저하되는 문제를 예방하면서도, 다량의 니켈이 포함되어 니켈끼리 응집함으로써 촉매활성을 저해하는 문제를 예방할 수 있다.In the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, nickel included in the catalyst for preparing an aviation oil mixture may be 5 to 20 wt% based on the total weight of SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier. In the above-described range, while preventing the problem that the deoxygenation efficiency is lowered because the content of nickel is too low, it is possible to prevent the problem of inhibiting catalytic activity by aggregating a large amount of nickel together.
본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서, 항공유 혼합물 제조용 촉매가 적용되는 식물성 오일은 구체적으로 탄소수 9 내지 17의 지방산 메틸 에스테르를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 메틸 팔미테이트를 포함하는 원료로 이용할 수 있으며, 메틸 팔미테이트를 포함하는 바이오 오일로 본 발명의 항공유 제조용 촉매를 적용하는 경우, 현저히 높은 효율로 탈산소화 공정을 수행하여 더욱 높은 수율로 바이오 합성유를 제조할 수 있는 장점이 있다. 이때 메틸 팔미테이트는 식물성 원료로부터 추출한 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 더욱 상세하게는 본 발명의 일 실시예에 의한 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조용 촉매가 적용되는 메틸 팔미테이트는 때죽나무로부터 추출한 오일로부터 수득된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention, the vegetable oil to which the catalyst for preparing an aviation oil mixture is applied may specifically include a fatty acid methyl ester having 9 to 17 carbon atoms. More specifically, it can be used as a raw material containing methyl palmitate, and when applying the catalyst for aviation oil production of the present invention with a bio-oil containing methyl palmitate, the deoxygenation process is performed at a significantly higher efficiency to achieve a higher yield There is an advantage to prepare a bio-synthetic oil. In this case, the methyl palmitate may be extracted from the vegetable raw material, but the present invention is not limited thereto, and more specifically, the methyl palmitate to which the catalyst for preparing the aviation oil mixture is applied in the deoxygenation reaction according to an embodiment of the present invention may be used. It may be obtained from the oil extracted from the deadwood, but the present invention is not limited thereto.
이때, 본 발명에 있어서 항공유 범위의 탄화수소 화합물은 항공유 제조를 위한 1단계 반응인 탈산소화 반응을 통해 C8 내지 C16의 탄화수소 화합물의 혼합물일 수 있다. In this case, the hydrocarbon compound in the range of aviation oil in the present invention may be a mixture of C 8 to C 16 hydrocarbon compound through a deoxygenation reaction that is a one-step reaction for the production of aviation oil.
본 발명은 또한 상술된 항공유 제조용 촉매의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing the above-mentioned catalyst for aviation oil production.
본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은, 식물성 오일로부터 탈산소화 반응 시 사용되는 항공유 제조용 촉매를 제조하기 위한 제조방법일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The method for preparing a catalyst for preparing aviation oil according to the present invention may be a manufacturing method for preparing a catalyst for preparing aviation oil used in a deoxygenation reaction from vegetable oil, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은 단면의 직경 : 길이가 1: 1 내지 3의 비율을 만족하는 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체와 알루미늄 전구체를 접촉시키는 알루미늄 도입단계; 알루미늄이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 니켈 금속 전구체와 접촉하는 니켈 도입단계; 및 니켈이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 환원하는 환원단계;를 포함한다.A method for preparing a catalyst for aviation oil production according to the present invention includes introducing an aluminum contacting an aluminum precursor with a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier having a cross-sectional diameter: length of 1: 1 to 3; A nickel introduction step of contacting the aluminum introduced SBA-15 or SBA-16 carrier with a nickel metal precursor; And a reduction step of reducing the SBA-15 or SBA-16 carrier to which nickel is introduced.
본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은, 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 담체를 형성함으로써, 비교적 간단한 방법으로 정밀한 공정 없이 담체를 형성할 수 있는 장점이 있으며, 여기에 알루미늄 전구체와 니켈 전구체를 순차적으로 함침하여 촉매를 제조할 수 있는 장점이 있다. 더 나아가, 비교적 저렴한 비용으로 탈산소화 반응에 있어서 항공유 제조용 촉매를 제조함으로써, 높은 생산성으로 바이오 유래 항공유를 제공할 수 있는 장점이 있다. 이때, 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체의 제조는 통상적으로 당 업계의 기술자에게 알려진 방법으로 제조할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The method for producing a catalyst for aviation oil production according to the present invention has the advantage of forming a carrier without a precise process by a relatively simple method by forming a rod-shaped carrier having a short axis diameter: long axis diameter of 1: 1 to 3. By sequentially impregnating an aluminum precursor and a nickel precursor There is an advantage to prepare a catalyst. Furthermore, there is an advantage that the bio-derived aviation oil can be provided with high productivity by preparing a catalyst for aviation oil production in the deoxygenation reaction at a relatively low cost. In this case, the production of a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier having a short axis diameter: long axis diameter of 1: 1 to 3 may be generally manufactured by a method known to those skilled in the art, and the present invention is limited thereto. no.
본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은 적절한 산점, 즉, Al/Si 몰비에 따라 촉매의 산 특성인 산점이 발생하여 이러한 촉매의 산점에서 크래킹 반응을 촉진시키는 역할을 한다.The method for preparing a catalyst for aviation oil production according to the present invention serves to promote a cracking reaction at an acid point of the catalyst by generating an acid point, which is an acid characteristic of the catalyst, according to an appropriate acid point, that is, an Al / Si molar ratio.
먼저, 본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은 단축 직경 : 장축 직경이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체와 알루미늄 전구체를 접촉시키는 알루미늄 도입단계를 포함한다. 이때, 알루미늄 전구체 접촉하는 단계는 구체적으로 알루미늄 전구체가 용해된 용액에 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 함침하고, 이를 건조하는 과정을 통해 수행될 수 있다. 더욱 구체적으로, 알루미늄 전구체가 용해된 용액은 수용액 상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.First, the method for preparing a catalyst for aviation oil production according to the present invention includes an aluminum introduction step of contacting an aluminum precursor with a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier having a uniaxial diameter: long shaft diameter of 1: 1 to 3. In this case, the step of contacting the aluminum precursor may be specifically carried out by impregnating the SBA-15 or SBA-16 carrier in a solution in which the aluminum precursor is dissolved, and drying it. More specifically, the solution in which the aluminum precursor is dissolved may be an aqueous solution, but the present invention is not limited thereto.
이때, 알루미늄 전구체는 극성 용매에 용해 가능한 알루미늄 화합물인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 유기 또는 무기 전구체에 한정되지 않는다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 알루미늄 전구체는 AlCl3, Al(NO3)3, Al(CH3COO)3 및 이들의 수화물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the aluminum precursor may be used without limitation in the case of an aluminum compound soluble in a polar solvent, and is not limited to an organic or inorganic precursor. In one specific and non-limiting example, the aluminum precursor may be one or two or more selected from AlCl 3 , Al (NO 3 ) 3 , Al (CH 3 COO) 3, and hydrates thereof, but the present invention is not limited thereto. .
또한, 알루미늄 전구체가 용해된 용액의 농도는 SBA-15 또는 SBA-16 담체의 양, 알루미늄 도입단계의 수행시간 등에 따라 달라질 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 알루미늄 전구체가 용해된 용액의 농도는 1 내지 10 중량%, 구체적으로는 1.5 내지 5 중량% 일 수 있으며, 도입된 알루미늄의 함량은 실리카 100몰 대비 1 내지 7 몰, 더욱 구체적으로는 2 내지 5몰 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 단시간 내에 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체에 알루미늄을 도입하면서도, 다량의 알루미늄이 담지되어 기공이나 이후 수행되는 니켈 담지에 영향을 주는 문제점을 예방할 수 있는 장점이 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the concentration of the solution in which the aluminum precursor is dissolved may vary depending on the amount of the SBA-15 or SBA-16 carrier, the execution time of the aluminum introduction step, and the like. As a specific and non-limiting example, the concentration of the solution in which the aluminum precursor is dissolved may be 1 to 10% by weight, specifically 1.5 to 5% by weight, and the amount of aluminum introduced may be 1 to 7 moles based on 100 moles of silica, More specifically, 2 to 5 moles may be included. In this range, while introducing aluminum into the SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier within a short time, there is an advantage that can prevent the problem affecting the pore or the nickel carried after carrying a large amount of aluminum is supported, but the present invention It is not limited to this.
다음으로, 본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은 알루미늄이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 니켈 금속 전구체와 접촉하는 니켈 도입단계를 포함한다. 즉, 니켈 금속은 이러한 담체에 도입시 수소화 또는 탈수소화 반응을 촉진하여 적절한 탈산소화 반응에 있어서 항공유 혼합물 제조용 탄화수소 범위가 조절되는 기능을 부여한다.Next, the method for preparing a catalyst for aviation oil production according to the present invention includes a nickel introduction step of contacting an aluminum-introduced SBA-15 or SBA-16 carrier with a nickel metal precursor. That is, nickel metal promotes a hydrogenation or dehydrogenation reaction upon introduction into such a carrier, thereby giving the function of controlling the hydrocarbon range for preparing the aviation oil mixture in an appropriate deoxygenation reaction.
이때, 니켈의 도입 또한 니켈 전구체가 용해된 용액에 알루미늄이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 함침하고 이를 건조하는 소성하는 과정을 통해 도입될 수 있다. 이때, 니켈 전구체의 농도는 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체의 양, 니켈 전구체의 종류 및 함침 시간 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이나, 구체적인 일예로 수용액을 기준으로 0.05 내지 0.1 중량% 농도의 니켈 전구체 용액을 함침하는 과정을 통해 니켈을 도입할 수 있다.At this time, the introduction of nickel may also be introduced through a process of impregnating the SBA-15 or SBA-16 carrier with aluminum introduced into a solution in which the nickel precursor is dissolved and firing the same. At this time, the concentration of the nickel precursor may vary depending on the amount of SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier, the type and the impregnation time of the nickel precursor, as a specific example of the concentration of 0.05 to 0.1% by weight based on the aqueous solution Nickel may be introduced through the impregnation of the nickel precursor solution.
이때, 니켈 도입단계에서 적용되는 니켈 전구체는 Ni(NO3)2, NiCl2, Ni(CH3COO)2 및 이들의 수화물 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the nickel precursor applied in the nickel introduction step is Ni (NO 3 ) 2 , NiCl 2 , Ni (CH 3 COO) 2 And One or two or more selected from these hydrates, etc., but the present invention is not limited thereto.
다음으로, 본 발명에 의한 항공유 제조용 촉매의 제조방법은 니켈이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 메조 세공 담체를 환원하는 환원단계를 포함한다. 이러한 환원단계는 통상적으로 촉매 분야에서 이용하는 환원 방법인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 환원단계는 수소가스를 공급하면서 150 내지 400 ℃로 니켈이 도입된 담체를 가열하는 방법으로 수행될 수 있으며, 이러한 가열은 1 내지 10시간 동안 수행될 수 있으며, 수소가스는 분당 30 내지 300 ㎖로 공급될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Next, the method for preparing a catalyst for aviation oil production according to the present invention includes a reduction step of reducing SBA-15 or SBA-16 mesoporous carrier into which nickel is introduced. This reduction step can be used without limitation in the case of a reduction method commonly used in the field of catalysts, the present invention is not limited thereto. As a specific and non-limiting example, the reduction step may be performed by heating a carrier in which nickel is introduced at 150 to 400 ° C. while supplying hydrogen gas, and such heating may be performed for 1 to 10 hours, and hydrogen The gas may be supplied at 30 to 300 ml per minute, but the present invention is not limited thereto.
본 발명은 또한 식물성 오일로부터 탈산소화 반응에 있어서 항공유의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a process for producing aviation oil in the deoxygenation reaction from vegetable oils.
본 발명에 의한 이 제조방법은 탄소수 9 내지 17의 지방산 메틸 에스테르와 본 발명의 일 실시예에 의한 항공유 제조용 촉매의 반응으로 탄소수 8 내지 16의 바이오 합성유를 제조하는 단계를 포함한다.This production method according to the present invention comprises the step of preparing a bio-synthetic oil having 8 to 16 carbon atoms by the reaction of the fatty acid methyl ester having 9 to 17 carbon atoms with the catalyst for preparing aviation oil according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 의한 항공유의 제조방법은, 1차적으로 지방산 메틸 에스테르에서 탈산소화 공정을 통해 높은 수율로 항공유 혼합물을 제조함으로써, 최종적으로 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The method for preparing aviation oil according to the present invention has an advantage of finally improving the yield by preparing the aviation oil mixture at a high yield through a deoxygenation process in fatty acid methyl ester.
이때, 혼합되는 상기 탈산소화 반응에 있어서 항공유 제조용 촉매는 탄소수 9 내지 17의 지방산 메틸 에스테르 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부, 구체적으로는 2 내지 7 중량부 혼합될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the catalyst for preparing aviation oil in the deoxygenation reaction to be mixed may be 1 to 10 parts by weight, specifically 2 to 7 parts by weight, based on 100 parts by weight of fatty acid methyl ester having 9 to 17 carbon atoms, but the present invention is limited thereto. It doesn't happen.
이하 본 발명을 먼저 상술된 항공유 제조용 촉매 제조의 실시예에 관해 설명하고, 이어서 이를 사용한 반응의 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will first be described with reference to embodiments of the catalyst production for aviation oil production described above, and then by examples of the reaction using the same. The embodiments described below are merely to aid the understanding of the invention, and the present invention is not limited to the embodiments.
(평가방법)(Assessment Methods)
1. 물리적 특성 확인1. Check physical properties
하기 실시예 및 비교예에서 제조된 항공유 제조용 촉매에 사용된 각 담체의 물리적 특성을 위해, BET 분석 및 입자크기를 측정하였다(표1 및 도1 내지 3 참조). 이때, 상기 입자크기는 SEM 사진에 의한 입자의 평균 크기를 구한 값을 의미한다.For the physical properties of each carrier used in the catalyst for preparing aviation oil prepared in the following examples and comparative examples, BET analysis and particle size were measured (see Table 1 and FIGS. 1 to 3). In this case, the particle size means a value obtained by obtaining the average size of the particles by the SEM photograph.
2. 항공유 제조용 촉매의 반응성능 평가2. Evaluation of Reactivity of Catalysts for Air Oil Production
하기 실시예 및 비교예에서 제조된 항공유 제조용 촉매를 탈산소화 반응에 적용하여, 반응물의 전환율을 계산하고 이를 반응성능으로 평가하였다. 구체적으로, 탈산소화 반응은 아래와 같은 방법으로 수행되었다.The catalyst for the production of aviation oil prepared in the following examples and comparative examples was applied to the deoxygenation reaction to calculate the conversion of the reactants and to evaluate it as reactive capacity. Specifically, the deoxygenation reaction was carried out in the following manner.
반응기는 고압 배치 반응기 (autoclave)를 사용하였는데, 탈산소화 반응을 위해 수소를 연속적으로 공급하기 위해 정량 유량계 (mass flow meter)를 설치한 형태로 반 연속식 배치 반응기에서 반응을 수행하였다. 촉매로는 하기 실시예 및 비교예에서 제조된 항공유 제조용 촉매 각각을 1.0 그램과 반응물인 메틸 팔미테이트 (97% Acros) 30 그램을 이 반응기에 주입하고, 500 rpm 이상으로 잘 교반시키면서, 반응 전에 금속 산화물 촉매를 환원하기 위해 300 ℃에서 2 시간 동안 수소를 흘러주었다. 이어서 반응 온도를 반응온도인 280 ℃로 올렸으며, 이때 수소의 반응기 압력은 20 bar로 유지하면서 50 ml/min 흘러주어 2시간 동안 반응을 실시하였다.The reactor used a high pressure batch reactor (autoclave), the reaction was carried out in a semi-continuous batch reactor in the form of a mass flow meter to continuously supply hydrogen for the deoxygenation reaction. As a catalyst, 1.0 g of each of the catalysts for preparing aviation oil prepared in the following Examples and Comparative Examples and 30 g of methyl palmitate (97% Acros) as a reactant were introduced into the reactor, and stirred well at 500 rpm or more. Hydrogen was flowed at 300 ° C. for 2 hours to reduce the oxide catalyst. Subsequently, the reaction temperature was raised to the reaction temperature of 280 ° C. At this time, the reactor pressure of hydrogen was maintained at 20 bar and 50 ml / min was flowed to carry out the reaction for 2 hours.
반응 생성물은 GC를 통해 성분분석을 실시하였다. 이때 지방산에스테르 화합물은 GC 컬럼의 충진물과 반응하여 GC분석 시 피크의 검출이 용이하지 않으므로, 액상 반응물의 실릴레이션 (silylation) 단계를 거친 후 분석을 실시하였다.The reaction product was subjected to component analysis via GC. In this case, since the fatty acid ester compound reacts with the filler of the GC column, it is not easy to detect the peak during the GC analysis. Thus, the fatty acid ester compound is analyzed after undergoing a silylation step of the liquid reactant.
이때, 실릴레이션 용액은 3.068 cc의 N,O bis(trimethylsilyl)과 12.0 cc의 트리플로오로 아세트아마이드 (trifluoroacetamide, BSTFA), 그리고 기준 물질로써 0.04 그램의 이코산 (eicosane, C20H42)을 혼합하여 60 ℃에서 1시간 반응시킨 후 사용하였다. 상기 제조된 실릴레이션 용액을 0.75 ml 채취하여 0.5 그램의 반응생성물과 혼합한 후 60 ℃에서 1시간 반응 시킨 후, GC로 성분분석을 실시하였다(FID 분석기, GC 컬럼: DB-5MS, Ultra inert, 60 m x 0.25 mm, 0.25 μm).At this time, the silylation solution was mixed with 3.068 cc of N, O bis (trimethylsilyl), 12.0 cc of trifluoroacetamide (BSTFA), and 0.04 gram of icosane (eicosane, C 20 H 42 ) as a reference substance. The reaction mixture was used after reacting at 60 ° C. for 1 hour. 0.75 ml of the prepared silylation solution was collected, mixed with 0.5 grams of the reaction product, and reacted at 60 ° C. for 1 hour, followed by component analysis by GC (FID analyzer, GC column: DB-5MS, Ultra inert, 60 mx 0.25 mm, 0.25 μm).
여기서 반응물의 전환율의 계산은 반응전의 메틸 팔미테이트의 무게를 기준으로, 반응후 메틸 팔미테이트의 무게의 비로 계산하였다. 또한 생성물의 수율은 반응후 전환된 생성물의 전체 무게를 기준으로 각 생성물의 무게의 비로 계산하였다(표2 참조).Here, the conversion of the reactants was calculated based on the weight of methyl palmitate after the reaction, based on the weight of the methyl palmitate before the reaction. The yield of the product was also calculated as the ratio of the weight of each product based on the total weight of the converted product after the reaction (see Table 2).
(실시예1)Example 1
항공유 제조용 촉매1 제조Manufacture of catalysts 1 for aviation oil production
먼저 테프론으로 코팅된 고압 반응기 (autoclave)에 4.0 그램의 트리 블록 (triblock) 공중합체인 Pluronic P123 (EO20PO70EO20, Aldrich 제품)를 1.6 M HCl (수용액)의 150 그램에 녹이고 잘 교반시킨 후, 여기에 8.50 그램의 TEOS (tetraethyl orthosilicate)를 주입하여 15분간 잘 교반시킨다. 이 혼합액은 35 ℃에서 1일 동안 교반 없이 정체시킨다. 계속해서 이 혼합액을 100 ℃에서 1일 동안 항온 오븐에 넣어 열처리 (thermal treatment)를 해 준다. 이후 이 생성물 용액을 여과하여 희색의 고형분을 분리하고 100 ℃에서 건조시킨 후, 마지막으로 550 ℃에서 소성시켜 길이/폭 비 = 1.6을 가진 SBA-15 담체를 얻었다.(담체 제조예 1)First, 4.0 grams of triblock copolymer Pluronic P123 (EO 20 PO 70 EO 20 from Aldrich) was dissolved in 150 grams of 1.6 M HCl (aqueous solution) in a high pressure reactor coated with Teflon and stirred well. Inject 8.50 grams of TEOS (tetraethyl orthosilicate) and stir well for 15 minutes. This mixed solution is allowed to stand at 35 ° C. for 1 day without stirring. The mixture is then placed in a constant temperature oven at 100 ° C. for 1 day for thermal treatment. This product solution was then filtered to separate the white solids, dried at 100 ° C. and finally calcined at 550 ° C. to obtain an SBA-15 carrier having a length / width ratio of 1.6 (carrier preparation example 1).
얻어진 담체에 알루미늄 및 니켈을 순차로 함침하여 항공유 제조용 촉매를 제조하였다. 구체적으로, 산점을 조절하기 위해 Al 전구체를 사용한 함침법 (wet impregnation)에 의해 함침하였는데, 5.0 그램의 상기 SBA-15에 Al 전구체로 Al(NO3)3·9H2O 0.125 그램을 증류수 5.0 그램과 함께 녹은 용액을 사용하여 교반 증발기 (rotary evaporator)에서 함침시키고 이어서 증류수를 증발시켰다. 이어서 500 ℃에서 소성시켜 알루미늄이 함침된 Al-SBA-15을 제조하였는데, 여기서 Si/Al2 몰비는 30이었다.Aluminum and nickel were sequentially impregnated into the obtained carrier to prepare a catalyst for aviation oil production. Specifically, it was impregnated by wet impregnation using an Al precursor to control the acid point. 5.0 g of the SBA-15 was dissolved in 0.125 grams of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O with Al precursors, 5.0 grams of distilled water. The dissolved solution with was impregnated in a rotary evaporator and then distilled water was evaporated. Subsequently, it was calcined at 500 ° C. to prepare Al-SBA-15 impregnated with aluminum, wherein Si / Al 2 The molar ratio was 30.
계속해서 상기 제조한 Al-SBA-15을 기준으로 10 wt% Ni을 함침하였는데, 상온에서 증류수 5 그램에 0.0044 그램의 Ni(NO3)2·6H2O을 잘 녹인 용액에 상기에서 제조한 Al-SBA-15 2.0 그램을 주입하여 80 ℃에서 20 시간 동안 잘 교반시킨다. 얻어진 용액은 여과하여 고형분을 분리하고, 80 ℃에서 건조시킨 후 마지막으로 300 ℃에서 소성시켜 최종적으로 10wt% Ni이 함침된 Ni-Al-SBA-15 촉매를 제조하였다. 이때 Si/Al2 몰비는 30이었으며, 10% Ni-Al-SBA-15 촉매1 (L/W = 1.6, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.Subsequently, 10 wt% Ni was impregnated based on the prepared Al-SBA-15, and Al was prepared in the solution prepared by dissolving 0.0044 grams of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O in 5 grams of distilled water at room temperature. Inject 2.0 grams of SBA-15 and stir well at 80 ° C. for 20 hours. The resulting solution was filtered to separate solids, dried at 80 ° C. and finally calcined at 300 ° C. to finally prepare a Ni-Al-SBA-15 catalyst impregnated with 10 wt% Ni. At this time, the Si / Al 2 molar ratio was 30, 10% Ni-Al-SBA-15 catalyst 1 (L / W = 1.6, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(실시예2)Example 2
항공유 제조용 촉매2 제조Preparation of
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, Si/Al2 몰비를 20으로 설정하여 항공유 제조용 촉매를 제조하였으며, 이를 10 wt% Ni/Al-SBA-15 촉매2 (L/W = 1.6, Si/Al2 = 20)로 명명하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, except that Si / Al 2 A catalyst for preparing aviation oil was prepared by setting the molar ratio to 20, which was 10 wt% Ni / Al-SBA-15 catalyst 2 (L / W = 1.6, Si / Al 2 = 20).
(실시예3)Example 3
항공유 제조용 촉매3 제조Preparation of catalysts 3 for aviation oil production
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, Si/Al2 몰비를 20으로 설정하여 항공유 제조용 촉매를 제조하였으며, 이를 10 wt% Ni/Al-SBA-15 촉매3 (L/W = 1.6, Si/Al2 = 40)로 명명하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, except that Si / Al 2 A catalyst for preparing aviation oil was prepared by setting the molar ratio to 20, which was 10 wt% Ni / Al-SBA-15 catalyst 3 (L / W = 1.6, Si / Al 2 = 40).
(실시예4)Example 4
항공유 제조용 촉매4 제조Manufacture of
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, Si/Al2 몰비를 10으로 설정하여 항공유 제조용 촉매를 제조하였으며, 이를 10 wt% Ni/Al-SBA-15 촉매4 (L/W = 1.6, Si/Al2 = 10)로 명명하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, except that Si / Al 2 The molar ratio was set to 10 to prepare a catalyst for preparing aviation oil, which was 10 wt% Ni / Al-SBA-15 catalyst 4 (L / W = 1.6, Si / Al 2 = 10).
(실시예5)Example 5
항공유 제조용 촉매5 제조Manufacture of catalysts 5 for aviation oil production
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, Si/Al2 몰비를 70으로 설정하여 항공유 제조용 촉매를 제조하였으며, 이를 10 wt% Ni/Al-SBA-15 촉매5 (L/W = 1.6, Si/Al2 = 70)로 명명하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, except that Si / Al 2 A catalyst for preparing aviation oil was prepared by setting the molar ratio to 70, which was 10 wt% Ni / Al-SBA-15 catalyst 5 (L / W = 1.6, Si / Al 2 = 70).
(실시예6)Example 6
항공유 제조용 촉매6 제조Preparation of
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 길이/폭 비 = 1.6인 SBA-15 담체 대신 길이/폭 비 = 1.8을 가진 SBA-15 담체를 사용하였다. 구체적으로, 길이/폭 비 = 1.8을 가진 SBA-15 담체는 아래 제조방법으로 제조된다.Prepared in the same manner as in Example 1, but using a SBA-15 carrier having a length / width ratio = 1.8 instead of the SBA-15 carrier having a length / width ratio = 1.6. Specifically, SBA-15 carrier having a length / width ratio = 1.8 is prepared by the following method.
테프론으로 코팅된 고압 반응기에 33.6 그램의 P123 공중합체를 0.3 M 염산 (HCl) 수용액 18.3 그램에 잘 녹이고, 35 ℃ 온도로 유지시킨다. 이어서 이 용액에 54.2 그램의 TEOS 용액을 넣은 후, 1일 동안 잘 교반시킨다. 계속해서 이 혼합액을 100 ℃에서 1일 동안 항온 오븐에 넣어 열처리를 해 준다. 이후 이 생성물 용액을 여과하여 고형분을 분리하고 100 ℃에서 건조시킨 후, 마지막으로 550 ℃에서 소성시켜 길이/폭 비 = 1.8을 가진 SBA-15를 수득하여 담체를 제조하였다(담체 제조예 2).In a high pressure reactor coated with Teflon, 33.6 grams of P123 copolymer was dissolved in 18.3 grams of 0.3 M hydrochloric acid (HCl) aqueous solution and maintained at 35 ° C. 54.2 grams of TEOS solution was then added to the solution, followed by stirring for 1 day. Subsequently, the mixed solution is placed in a constant temperature oven at 100 ° C. for 1 day and heat treated. The product solution was then filtered to separate solids, dried at 100 ° C. and finally calcined at 550 ° C. to obtain SBA-15 having a length / width ratio = 1.8 to prepare a carrier (carrier preparation example 2).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10 wt% Ni/Al-SBA-15 촉매6 (L/W = 1.8, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10 wt% Ni / Al-SBA-15 catalyst 6 (L / W = 1.8, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(실시예7)Example 7
항공유 제조용 촉매7 제조Preparation of catalysts 7 for aviation oil production
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 길이/폭 비 = 1.6인 SBA-15 담체 대신 길이/폭 비 = 1.0을 가진 3차원 큐빅 (cubic) Im3m 구조의 SBA-16 담체를 사용하였다. 구체적으로, 길이/폭 비 = 1.0을 가진 SBA-16 담체는 J. Phys. Chem. B 108, 11480-11498 (2004)에 제시된 방법에 따라 제조된다.Prepared in the same manner as in Example 1, but using a SBA-16 carrier having a three-dimensional cubic Im3m structure having a length / width ratio = 1.0 instead of the SBA-15 carrier having a length / width ratio = 1.6. Specifically, SBA-16 carriers having a length / width ratio = 1.0 are described in J. Phys. Chem. B 108, 11480-11498 (2004).
먼저 PP 용기 (polypropylene bottle)에 트리 블록 (triblock) 공중합체인 F127 (Pluronic® F-127, PEO106PPO70PEO106, Aldrich) 4.0 그램을 0.4 M HCl 수용액 200 mL에 35 ℃에서 완전히 용해시킨다. 이어서 TEOS 19.3 그램을 빠르게 넣어준 후 15분간 격렬히 교반시켜 준 후, 정적인 상태 (static state)로 24시간 동안 유지시킨 후, 테프론 고압 반응기로 옮겨 100 ℃에서 24시간 동안 수열처리한 후 고체 SBA-16 생성물을 여과하여 분리하고 100 ℃ 온도에서 공기 분위기하에서 건조 오븐에서 건조한 뒤 550 ℃에서 소성시켜 길이/폭 비 = 1.0을 가진 SBA-16 담체를 제조하였다(담체 제조예 3).First, 4.0 grams of F127 (Pluronic® F-127, PEO106PPO70PEO106, Aldrich), a triblock copolymer, are completely dissolved in a polypropylene bottle at 35 ° C in 200 mL of 0.4 M HCl aqueous solution. Then, 19.3 grams of TEOS was added quickly, followed by vigorous stirring for 15 minutes, maintained in a static state for 24 hours, transferred to a Teflon high pressure reactor, and hydrothermally treated at 100 ° C. for 24 hours, followed by solid SBA- 16 product was isolated by filtration and dried in a drying oven under air atmosphere at 100 ° C. and then calcined at 550 ° C. to prepare an SBA-16 carrier having a length / width ratio = 1.0 (carrier preparation 3).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10 wt% Ni/Al-SBA-16 촉매7 (L/W = 1.0, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10 wt% Ni / Al-SBA-16 catalyst 7 (L / W = 1.0, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(실시예8)Example 8
항공유 제조용 촉매8 제조Preparation of
실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 길이/폭 비 = 1.6인 SBA-15 담체 대신 길이/폭 비 = 3.0을 가진 SBA-15 담체를 사용하였다(담체 제조예 4).Prepared in the same manner as in Example 1, but using a SBA-15 carrier having a length / width ratio = 3.0 instead of the SBA-15 carrier having a length / width ratio = 1.6 (carrier preparation example 4).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10 wt% Ni/Al-SBA-15 촉매8 (L/W = 3.0, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method is 10 wt% Ni / Al-SBA-15 catalyst 8 (L / W = 3.0, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(비교예1)(Comparative Example 1)
항공유 제조용 촉매A 제조Manufacture catalyst A for aviation oil production
35 ℃에서 2.0 그램의 트리 블록 공중합체인 Pluronic P123 계면활성제와 0.32 그램 ZrOCl2 ·8H2O을 2.0 M HCl (수용액) 80 그램 잘 녹인다. 이어서 이 용액에 4.2 그램의 TEOS를 넣어 잘 혼합한 후, 15분 동안 이 조건에서 잘 교반시킨다. 이어서 35 ℃ 에서 24 시간 동안 정체시킨다. 계속해서 이 혼합액을 100 ℃에서 1일 동안 항온 오븐에 넣어 열처리를 해 준다. 이후 이 생성물 용액을 여과하여 고형분을 분리하고 100 ℃에서 건조시킨 후, 마지막으로 550 ℃에서 소성시켜 길이/폭 비 = 0.3을 가진 SBA-15을 얻었다(비교 담체 제조예 1).At 35 ° C, 80 grams of 2.0 M HCl (aqueous solution) are dissolved well with 2.0 grams of triblock copolymer Pluronic P123 surfactant and 0.32 grams ZrOCl 2 · 8H 2 O. This solution is then mixed well with 4.2 grams of TEOS and stirred well under these conditions for 15 minutes. It is then allowed to stand at 35 ° C. for 24 hours. Subsequently, the mixed solution is placed in a constant temperature oven at 100 ° C. for 1 day and heat treated. The product solution was then filtered to separate solids, dried at 100 ° C. and finally calcined at 550 ° C. to yield SBA-15 having a length / width ratio = 0.3 (Comparative Carrier Preparation Example 1).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10% Ni-Al-SBA-15 촉매A (L/W = 0.3, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10% Ni-Al-SBA-15 catalyst A (L / W = 0.3, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(비교예2)(Comparative Example 2)
항공유 제조용 촉매B 제조Manufacture catalyst B for aviation oil production
20 ℃에서 2.4 그램의 P123 계면활성제와 1.08 그램 NH4F를 1.75 M HCl (수용액) 80 mL에 잘 녹인다. 또한 5.5 그램의 TEOS를 38.4 그램의 헵탄 (heptane)에 녹인 용액을 상기 용액과 4분 동안 잘 교반시킨다. 이어서 20 ℃ 에서 20 시간 동안 정체시킨다. 계속해서 이 혼합액을 100 ℃에서 1일 동안 항온 오븐에 넣어 열처리를 해 준다. 이후 이 생성물 용액을 여과하여 고형분을 분리하고 100 ℃에서 건조시킨 후, 마지막으로 550 ℃에서 소성시켜 길이/폭 비 = 4.3을 가진 SBA-15를 제조하였다(비교 담체 제조예 2).Dissolve 2.4 grams of P123 surfactant and 1.08 grams NH 4 F at 20 ° C in 80 mL of 1.75 M HCl (aqueous solution). In addition, a solution of 5.5 grams of TEOS in 38.4 grams of heptane is stirred well with the solution for 4 minutes. Subsequently, the mixture is held at 20 ° C. for 20 hours. Subsequently, the mixed solution is placed in a constant temperature oven at 100 ° C. for 1 day and heat treated. This product solution was then filtered to separate solids, dried at 100 ° C. and finally calcined at 550 ° C. to produce SBA-15 having a length / width ratio of 4.3 (Comparative Carrier Preparation Example 2).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10% Ni-Al-SBA-16 촉매B (L/W = 4.3, Si/Al2 = 30)으로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10% Ni-Al-SBA-16 catalyst B (L / W = 4.3, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(비교예3)(Comparative Example 3)
항공유 제조용 촉매C 제조Manufacture catalyst C for aviation oil
비교예1과 같은 방법으로 제조하되, 길이/폭 비 = 0.3인 SBA-15 담체 대신 길이/폭 비 = 0.9을 가진 SBA-15 담체를 사용하였다(비교 담체 제조예 3).Prepared in the same manner as in Comparative Example 1, but using a SBA-15 carrier having a length / width ratio = 0.9 instead of the SBA-15 carrier having a length / width ratio = 0.3 (Comparative Carrier Preparation Example 3).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10% Ni-Al-SBA-15 촉매C (L/W = 0.9, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10% Ni-Al-SBA-15 catalyst C (L / W = 0.9, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(비교예4)(Comparative Example 4)
항공유 제조용 촉매D 제조Manufacture catalyst D for aviation oil
비교예1과 같은 방법으로 제조하되, 길이/폭 비 = 0.3인 SBA-15 담체 대신 길이/폭 비 = 3.1을 가진 SBA-15 담체를 사용하였다(비교 담체 제조예 4).Prepared in the same manner as in Comparative Example 1, but using a SBA-15 carrier having a length / width ratio = 3.1 instead of the SBA-15 carrier having a length / width ratio = 0.3 (Comparative Carrier Preparation Example 4).
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10% Ni-Al-SBA-15 촉매D (L/W = 3.1, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10% Ni-Al-SBA-15 catalyst D (L / W = 3.1, Si / Al 2 = 30).
상기 제조방법으로 제조된 담체의 물리적 특성을 측정하여 하기 표1에 그 결과를 도시하였다.The physical properties of the carrier prepared by the preparation method were measured and the results are shown in Table 1 below.
(비교예5)(Comparative Example 5)
항공유 제조용 촉매E 제조Manufacture catalyst E for aviation oil production
비교예1과 같은 방법으로 제조하되, 길이/폭 비 = 0.3인 SBA-15 담체 대신 3-D cubic la-3d 구조의 담체를 사용하였다. 구체적으로, 3-D cubic la-3d 구조의 담체는 아래 제조방법으로 제조된다(비교 담체 제조예 5).Prepared in the same manner as in Comparative Example 1, a carrier of 3-D cubic la-3d structure was used instead of SBA-15 carrier having a length / width ratio = 0.3. Specifically, the carrier of the 3-D cubic la-3d structure is prepared by the following preparation method (comparative carrier preparation example 5).
먼저 테프론으로 코팅된 고압 반응기에 16.9 그램의 트리블럭 공중합체인 Pluronic P123 (EO20PO70EO20, Aldrich 제품)과 18.6 그램의 노말 부탄올 (n-butanol)을 0.5 M HCl (33.2 그램의 HCl을 610 그램의 물에 녹인 수용액)에 녹인다. 이어서 35 ℃로 유지시키면서 43.6 그램의 TEOS를 주입한다. 이 혼합액은 35 ℃로 유지하면서 1일 동안 잘 교반시킨 후, 100 ℃에서 1일 동안 항온 오븐에 넣어 열처리를 해 준다. 이후 이 생성물 용액을 여과하여 희색의 고형분을 분리하고 100 ℃에서 건조시킨 후, 마지막으로 550 ℃에서 소성시켜 KIT-6을 얻었으며, 3-D cubic la-3d 구조를 나타내었다.First, 16.9 grams of triblock copolymer Pluronic P123 (EO20PO70EO20 from Aldrich) and 18.6 grams of normal butanol (n-butanol) were dissolved in 610 grams of water in a Teflon-coated high-pressure reactor. Aqueous solution). Then 43.6 grams of TEOS is injected while maintaining at 35 ° C. The mixture is stirred well for 1 day while maintaining at 35 ° C., and then heat-treated in a constant temperature oven at 100 ° C. for 1 day. The product solution was then filtered to separate the white solid, dried at 100 ° C., and finally calcined at 550 ° C. to obtain KIT-6, showing a 3-D cubic la-3d structure.
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, 10% Ni-Al-KIT-6 촉매 E (Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for preparing aviation oil prepared by the above method was named 10% Ni-Al-KIT-6 catalyst E (Si / Al 2 = 30).
(비교예6)(Comparative Example 6)
항공유 제조용 촉매F 제조Manufacture catalyst F for aviation oil
상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 0.0044 그램의 Ni(NO3)2 ·6H2O 대신 PdCl2를 이용하여 담체 무게 대비 5 중량%에 해당하는 양을 주입하여 함침한 촉매를 제조하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but impregnated with a catalyst weight of 5% by weight relative to the weight of the carrier using PdCl 2 instead of 0.0044 grams of Ni (NO 3 ) 2 · 6H2O.
상기 제조방법으로 제조된 항공유 제조용 촉매는, Pd/Al-SBA-15 촉매 F (L/W = 1.6, Si/Al2 = 30)로 명명하였다.The catalyst for aviation oil production prepared by the above production method was named Pd / Al-SBA-15 catalyst F (L / W = 1.6, Si / Al 2 = 30).
(실시예9 내지 16)(Examples 9 to 16)
상기 실시예1 내지 8에서 제조된 항공유 제조용 촉매 각각을 사용하여, 상기 평가벙법에 구체적으로 개시된 탈산소화 반응을 수행하였다.Using each of the catalysts for the production of aviation oil prepared in Examples 1 to 8, the deoxygenation reaction specifically disclosed in the evaluation method was carried out.
그 결과, 각각의 항공유 제조용 촉매의 생성물 수율, 구체적으로는 C8 미만 저비점 성분(%), 항공유 범위의 탄화수소 혼합물 수율(%) 및 부반응 FFA의 성분(%)를 계산하여, 하기 표2에 도시하였다.As a result, the product yield of each catalyst for aviation oil production, specifically the low boiling point component (%) below C 8 , the hydrocarbon mixture yield (%) in the aviation oil range and the component (%) of side reaction FFA are calculated and shown in Table 2 below. It was.
(비교예7 내지 12)(Comparative Examples 7 to 12)
상기 비교예1 내지 6에서 제조된 항공유 제조용 촉매 각각을 사용하여, 상기 평가벙법에 구체적으로 개시된 탈산소화 반응을 수행하였다.Using each of the catalysts for the production of aviation oil prepared in Comparative Examples 1 to 6, the deoxygenation reaction specifically disclosed in the evaluation method was carried out.
그 결과, 각각의 항공유 제조용 촉매의 생성물 수율을 계산하여, 하기 표2에 도시하였다.As a result, the product yield of each catalyst for aviation oil production was calculated and shown in Table 2 below.
(비교예13)(Comparative Example 13)
상용의 5wt% Pd/C 촉매 (Adrich 제품)를 사용하여, 상기 평가벙법에 구체적으로 개시된 탈산소화 반응을 수행하였다.Using a commercial 5 wt% Pd / C catalyst (Adrich), the deoxygenation reaction described specifically in the above evaluation was carried out.
그 결과, 각각의 항공유 제조용 촉매의 생성물 수율을 계산하여, 하기 표2에 도시하였다.As a result, the product yield of each catalyst for aviation oil production was calculated and shown in Table 2 below.
표 2를 바탕으로 관찰하면, 단면의 직경 : 길이 비율이 1: 1 내지 3인 범위에서 다른 비율을 갖는 동일한 촉매 대비 반응성능이 현저함을 확인할 수 있었다.Observing based on Table 2, it was confirmed that the reactivity performance compared to the same catalyst having a different ratio in the range of 1: 1 to 3 diameter: length ratio of the cross section.
구체적으로, 본 발명의 항공유 제조용 촉매를 탈산소화 반응에 적용함에 따라, 99% 이상의 반응물 전환효율의 구현으로 현저함을 나타냄은 물론 70% 이상의 항공유 범위의 탄화수소 혼합물 수율을 구현함을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명에 따른 항공유 제조용 촉매의 사용은 종래의 기술적 한계를 획기적으로 개선할 수 있음에 기술적 의미를 갖는다.Specifically, by applying the catalyst for the production of aviation oil of the present invention to the deoxygenation reaction, it can be seen that the implementation of the reactant conversion efficiency of more than 99%, as well as the yield of hydrocarbon mixtures in the range of 70% or more aviation oil. That is, the use of the catalyst for aviation oil production according to the present invention has a technical meaning that it is possible to drastically improve the conventional technical limitations.
나아가, 바이오 합성유(항공유)의 수율 측면에서 상용 촉매인 비교예 13보다 반응 활성이 우수함을 확인할 수 있다.Further, it can be seen that the reaction activity is superior to Comparative Example 13, a commercial catalyst, in terms of yield of bio-synthetic oil (aircraft oil).
구체적으로, 본 발명의 항공유 제조용 촉매를 탈산소화 반응에 적용함에 따라, 1%미만의 부반응 FFA 함량을 구현할 수 있다.Specifically, as the aviation oil production catalyst of the present invention is applied to the deoxygenation reaction, a side reaction FFA content of less than 1% can be realized.
이에 반해, 본 발명에 따른 비율(L/W)을 만족하지 않는 경우, 50% 이하의 항공유 범위의 탄화수소 혼합물 수율을 구현되고, 과량의 저비점 성분 함량 또는 과량의 부반응 FFA 함량을 수반함을 확인할 수 있다.On the contrary, when the ratio (L / W) according to the present invention is not satisfied, the hydrocarbon mixture yield in the range of 50% or less of aviation oil is realized, and it can be confirmed that it is accompanied by excessive low boiling point component content or excessive side reaction FFA content. have.
요컨대, 본 발명에 따른 항공유 제조용 촉매는 식물성 오일로부터 탈산소화 반응시 사용되어 목적하는 항공유 혼합물 높은 수율로 제공할 수 있음은 물론 매우 경제적인 방법으로 제공되어, 식물성 오일 등의 바이오매스를 화학적으로 업그레이딩하기 위한 촉매로서 매우 유망할 것으로 기대된다.In short, the catalyst for aviation oil production according to the present invention can be used in the deoxygenation reaction of vegetable oil to provide a high yield of the desired aviation oil mixture, as well as to provide a very economical way to chemically improve biomass such as vegetable oil. It is expected to be very promising as a catalyst for grading.
Claims (11)
단축 직경(W) : 장축 직경(L)이 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체; 및
상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 담지된 니켈 및 알루미늄;을 포함하며,
상기 담체는 비표면적이 600 내지 850 m2/g이고 장축 직경이 0.5 내지 10 ㎛인, 항공유 제조용 촉매.As catalyst for preparing a mixture of aviation oils from vegetable oils,
Minor axis diameter (W): rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier having a major axis diameter (L) of 1: 1 to 3; And
It includes; and nickel and aluminum supported on the SBA-15 or SBA-16 carrier,
The carrier has a specific surface area of 600 to 850 m 2 / g and a major axis diameter of 0.5 to 10 ㎛, aviation oil production catalyst.
상기 알루미늄은,
상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체에 포함된 실리카 100몰 대비 1 내지 7 몰로 포함되는 것인, 항공유 제조용 촉매. The method of claim 1,
The aluminum is,
A catalyst for producing aviation oil, which is included in an amount of 1 to 7 moles relative to 100 moles of silica included in the SBA-15 or SBA-16 carrier.
상기 니켈은,
상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체 전체 중량 대비 5 내지 20 중량%로 포함되는 것인, 항공유 제조용 촉매.The method of claim 1,
The nickel is,
The SBA-15 or SBA-16 will be included in 5 to 20% by weight relative to the total weight of the carrier, a catalyst for aviation oil production.
상기 SBA-15 또는 SBA-16 담체는,
평균 기공 크기가 4 내지 12 ㎚의 메조 세공 담체인, 항공유 제조용 촉매.The method of claim 1,
The SBA-15 or SBA-16 carrier,
A catalyst for the production of aviation oil, wherein the mesoporous carrier has an average pore size of 4 to 12 nm.
상기 식물성 오일은,
메틸 팔미테이트를 포함하는 것인, 항공유 제조용 촉매. The method of claim 1,
The vegetable oil,
A catalyst for producing aviation oil, comprising methyl palmitate.
상기 식물성 오일은,
때죽나무로부터 추출한 오일을 포함하는 것인, 항공유 제조용 촉매.The method of claim 7, wherein
The vegetable oil,
A catalyst for producing aviation oil, comprising an oil extracted from the deadwood.
단면의 직경 : 길이가 1 : 1 내지 3인 로드 형상의 SBA-15 또는 SBA-16 담체와 알루미늄 전구체를 접촉시키는 알루미늄 도입단계;
알루미늄이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 니켈 금속 전구체와 접촉하는 니켈 도입단계; 및
니켈이 도입된 SBA-15 또는 SBA-16 담체를 환원하는 환원단계;를 포함하며,
상기 담체는 비표면적이 600 내지 850 m2/g이고 장축 직경이 0.5 내지 10 ㎛인, 항공유 제조용 촉매의 제조방법.A process for preparing a catalyst for preparing an aviation oil mixture from vegetable oil,
Diameter of cross section: aluminum introduction step of contacting the aluminum precursor with a rod-shaped SBA-15 or SBA-16 carrier having a length of 1: 1 to 3;
A nickel introduction step of contacting the aluminum introduced SBA-15 or SBA-16 carrier with a nickel metal precursor; And
It includes; reducing the nickel introduced SBA-15 or SBA-16 carrier;
The carrier has a specific surface area of 600 to 850 m 2 / g and a major axis diameter of 0.5 to 10 ㎛, a method for producing a catalyst for aviation oil production.
상기 항공유 제조용 촉매는,
탄소수 9 내지 17의 지방산 메틸 에스테르 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부로 혼합되는 것인, 항공유 혼합물의 제조방법.The method of claim 10,
The aviation oil production catalyst,
1 to 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of fatty acid methyl ester having 9 to 17 carbon atoms, the method for producing an aviation oil mixture.
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