Propylene is one of the key building block petrochemicals used as feedstock for a variety of polymers and intermediates. With the growing demand in propylene, the methanol-to-propylene (MTP) process has attracted a lot of attention as a promising alternative way for the production of propylene. HZSM-5 catalyst has been used for the MTP process. Since HZSM-5 catalysts are utilized in the bound form, a question should be asked whether the binder has any effects on the physical and chemical properties of HZSM-5 catalysts such as surface area, acidity, and further on their catalytic properties of the HZSM-5.
Silica, alumina, and aluminum phosphate solution (APS) were used as binders for the HZSM-5 catalysts. The prepared catalysts were bound with various amounts of binders, and their catalytic performances were evaluated in the single and binary binders system. Physicochemical properties of the prepared samples were investigated and characterized with XRD, $N_2$ adsorption/desorption, $NH_3$-TPD, and compression test. Discussions were made on the effect of the binder on the physicochemical properties of HZSM-5 catalysts and their catalytic performance in MTP process.
Silica and APS led to higher propylene selectivity when proper amount of APS and silica was introduced, compared with alumina and unbound HZSM-5. The increased propylene selectivity was attributed to the decrease in the acidic sites density as well as the weakening of acidic strength. The binary binders system was proposed to overcome insufficient mechanical strength of catalyst which was bound with small amount of binder but showed high propylene selectivity. It was found that the binary binders system was an effective way to improve mechanical strength while maintaining the high propylene selectivity. The proposed binder system should be a promising method for preparation of catalyst used in industrial process.
프로필렌은 다양한 고분자와 중간체의 원료로서 사용되는 핵심 기본 구성 석유화학물질 중의 하나이다. 프로필렌의 수요가 증가하면서 MTP공정은 프로필렌의 생산을 위하여 기대되는 대안으로서 주목을 이끌었다. 이 MTP공정에는 HZSM-5촉매가 사용되어왔다. HZSM-5촉매는 바인더와 결합된 형태로 사용되어지기 때문에, 바인더가 촉매의 표면적, 산성, 더 나아가서는 촉매반응적 특성 등의 물리 화학적 성질에 대한 영향 여부에 관한 질문이 필수적이다.
실리카, 알루미나, Aluminum phosphate solution(APS)을 HZSM-5의 바인더로서 사용하였다. 제조된 촉매는 다양한 바인더의 양과 결합시켰으며, 그의 촉매반응적 성능은 한 가지 와 두 가지 성분의 바인더 시스템에서 평가되었다. 물리화학적 특성들을 XRD, 질소 흡탈착, $NH_3$-TPD, 압축시험에 의해 분석 탐구하였다. HZSM-5의 물리화학적 성질 및 MTP공정에서의 촉매반응적 성능에 바인더가 미치는 영향에 대하여 검토하였다.
바인더를 첨가하지 않은 HZSM-5, 알루미나와 비교해 보았을 때, 적당한 양의 실리카와 APS가 높은 프로필렌 선택도를 야기시켰다. 이렇게 증가한 프로필렌의 선택도는 강산점의 산밀도 감소 및 산세기 약화에 기인한다. 적은 양의 바인더와 결합되어 높은 프로필렌 선택도를 보이는 촉매의 불충분한 물리적 강도를 극복하기 위하여 두 가지 성분을 이용한 바인더 시스템이 제안되었으며, 높은 프로필렌 선택도를 유지하면서 물리적 강도를 향상시키는 효과적인 방법임이 확인되었다. 제안된 바인더 시스템은 공업 공정에서 사용되는 촉매의 제조를 위해 유망한 방법이 될 것이다.
