JP2024139368A - SHORT-CHAIN PARAFFIN SYNTHESIS CATALYST, SHORT-CHAIN PARAFFIN SYNTHESIS APPARATUS, AND SHORT-CHAIN PARAFFIN PRODUCTION METHOD - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、短鎖パラフィン合成触媒、短鎖パラフィン合成装置、および、短鎖パラフィン製造方法に関する。 The present invention relates to a short-chain paraffin synthesis catalyst, a short-chain paraffin synthesis apparatus, and a short-chain paraffin production method.
従来、二酸化炭素を水素と反応させ、メタンを得るための触媒が知られている。そのような触媒として、例えば、安定化ジルコニア担体にNiを担持させた、メタン化反応用触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Catalysts for reacting carbon dioxide with hydrogen to obtain methane have been known. For example, a methanation reaction catalyst in which Ni is supported on a stabilized zirconia carrier has been proposed as such a catalyst (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1のメタン化反応用触媒は、二酸化炭素からメタンを高転換率で製造できるものの、より炭素数の多い炭化水素を製造することは、困難である。 However, although the methanation catalyst in Patent Document 1 can produce methane from carbon dioxide at a high conversion rate, it is difficult to produce hydrocarbons with a higher carbon number.
本発明は、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、メタンと、比較的多くの炭素数2~4の短鎖パラフィンとを製造する短鎖パラフィン合成触媒、その触媒を含む短鎖パラフィン合成装置、および、その装置を用いる短鎖パラフィン製造方法を提供する。 The present invention provides a short-chain paraffin synthesis catalyst for producing methane and a relatively large amount of short-chain paraffins having 2 to 4 carbon atoms by reacting CO and/or CO2 with hydrogen, a short-chain paraffin synthesis apparatus including the catalyst, and a short-chain paraffin production method using the apparatus.
本発明[1]は、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、炭素数1~4の短鎖パラフィンを製造するための短鎖パラフィン合成触媒であって、担体と、活性金属とを備え、前記担体は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含み、前記安定化元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ca、および、Mgからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、前記活性金属は、Feおよび/またはCoを含み、前記活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%超過である、短鎖パラフィン合成触媒を含む。 The present invention [1] provides a short-chain paraffin synthesis catalyst for producing short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms by reacting CO and/or CO2 with hydrogen, the short-chain paraffin synthesis catalyst comprising a carrier and an active metal, the carrier comprising a stabilized zirconia carrier having a tetragonal and/or cubic crystal structure in which a stabilizing element is dissolved, the stabilizing element being at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ca, and Mg, the active metal comprising Fe and/or Co, the atomic ratio of Fe and/or Co being more than 50 atomic % with respect to the total amount of the active metals.
本発明[2]は、前記安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび前記安定化元素と、前記活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、Zrの原子割合が、0.40原子%以上、65.0原子%以下、前記安定化元素の原子割合が、0.20原子%以上、35.0原子%以下、Feおよび/またはCoの原子割合が、9.0原子%以上、99.4原子%以下である、[1]に記載の短鎖パラフィン合成触媒を含む。 The present invention [2] includes the short-chain paraffin synthesis catalyst according to [1], in which the atomic ratio of Zr is 0.40 atomic % or more and 65.0 atomic % or less, the atomic ratio of the stabilizing element is 0.20 atomic % or more and 35.0 atomic % or less, and the atomic ratio of Fe and/or Co is 9.0 atomic % or more and 99.4 atomic % or less, relative to the total of Zr and the stabilizing element constituting the stabilized zirconia carrier and Fe and/or Co contained in the active metal.
本発明[3]は、Na、K、Mo、Ca、Sr、Ba、Ra、および、Cからなる群より選択される少なくとも一つの元素を、さらに含む、[1]または[2]に記載の短鎖パラフィン合成触媒を含む。 The present invention [3] includes the short-chain paraffin synthesis catalyst described in [1] or [2], which further contains at least one element selected from the group consisting of Na, K, Mo, Ca, Sr, Ba, Ra, and C.
本発明[4]は、シリカ、アルミナ、チタニア、セリア、および、ゼオライトからなる群から選択される少なくとも一つの担体を、さらに含む、[1]~[3]のいずれか一項に記載の短鎖パラフィン合成触媒を含む。 The present invention [4] includes a short-chain paraffin synthesis catalyst according to any one of [1] to [3], which further includes at least one support selected from the group consisting of silica, alumina, titania, ceria, and zeolite.
本発明[5]は、前記活性金属は、前記担体に担持されるとともに、前記安定化ジルコニア担体に固溶している、[1]~[4] のいずれか一項に記載の短鎖パラフィン合成触媒を含む。 The present invention [5] includes a short-chain paraffin synthesis catalyst according to any one of [1] to [4], in which the active metal is supported on the carrier and is dissolved in the stabilized zirconia carrier.
本発明[6]は、前記短鎖パラフィンは、メタンと、エタンと、プロパンと、ブタンとを含み、前記短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和が3体積%以上である、[1]~[5]のいずれか一項に記載の短鎖パラフィン合成触媒を含む。 The present invention [6] includes the short-chain paraffin synthesis catalyst according to any one of [1] to [5], in which the short-chain paraffins include methane, ethane, propane, and butane, and the total amount of ethane, propane, and butane is 3 volume % or more relative to the total amount of the short-chain paraffins.
本発明[7]は、[1]~[6]のいずれか一項に記載の短鎖パラフィン合成触媒を備える、短鎖パラフィン合成装置を含む。 The present invention [7] includes a short-chain paraffin synthesis apparatus equipped with the short-chain paraffin synthesis catalyst described in any one of [1] to [6].
本発明[8]は、COおよび/またはCO2と水素とを、[7]に記載の短鎖パラフィン合成装置に供給し、反応させて、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物を得る合成工程と、前記反応生成物を冷却し、短鎖パラフィンを含む気体とH2Oを水として含む液体とに分離する第1分離工程と、前記短鎖パラフィンを含む気体を、未反応ガスと短鎖パラフィンとに分離する第2分離工程とを備える、短鎖パラフィン製造方法を含む。 The present invention [8] includes a method for producing short-chain paraffins, comprising: a synthesis step of supplying CO and/or CO2 and hydrogen to the short-chain paraffin synthesis apparatus described in [7] and reacting them to obtain a reaction product containing short-chain paraffins as a main product and H2O as a by-product; a first separation step of cooling the reaction product and separating it into a gas containing short-chain paraffins and a liquid containing H2O as water; and a second separation step of separating the gas containing short-chain paraffins into unreacted gas and short-chain paraffins.
本発明[9]は、前記合成工程後、前記第1分離工程前であって、前記反応生成物から、H2Oを水蒸気として分離する第3分離工程を、さらに備える、[8]に記載の短鎖パラフィン製造方法を含む。 The present invention [9] includes the method for producing short-chain paraffins according to [8], further comprising a third separation step, which is performed after the synthesis step and before the first separation step, and which separates H 2 O from the reaction product as water vapor.
本発明[10]は、前記第2分離工程後であって、前記未反応ガスを、前記短鎖パラフィン合成装置に再度供給する再供給工程を、さらに備える、[8]または[9]に記載の短鎖パラフィン製造方法を含む。 The present invention [10] includes the short-chain paraffin production method according to [8] or [9], further comprising a re-supply step of re-supplying the unreacted gas to the short-chain paraffin synthesis apparatus after the second separation step.
本発明の短鎖パラフィン合成触媒は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体と、安定化ジルコニア担体に担持される、Feおよび/またはCoを含む活性金属とを備え、活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%超過である。そのため、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、メタンと、比較的多くの炭素数2~4の短鎖パラフィンとを製造することができる。 The short-chain paraffin synthesis catalyst of the present invention comprises a stabilized zirconia carrier having a tetragonal and/or cubic crystal structure in which a stabilizing element is dissolved, and an active metal containing Fe and/or Co supported on the stabilized zirconia carrier, in which the atomic ratio of Fe and/or Co to the total of the active metals is more than 50 atomic %. Therefore, it is possible to produce methane and a relatively large amount of short-chain paraffins having 2 to 4 carbon atoms by reacting CO and/or CO2 with hydrogen.
本発明の短鎖パラフィン合成装置は、本発明の短鎖パラフィン合成触媒を備える。そのため、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、メタンと、比較的多くの炭素数2~4の短鎖パラフィンとを製造することができる。 The short-chain paraffin synthesis apparatus of the present invention is equipped with the short-chain paraffin synthesis catalyst of the present invention, and therefore, CO and/or CO2 can be reacted with hydrogen to produce methane and a relatively large amount of short-chain paraffins having 2 to 4 carbon atoms.
本発明の短鎖パラフィン製造方法は、本発明の短鎖パラフィン合成装置にCOおよび/またはCO2と水素とを供給し、反応させて、主生成物である短鎖パラフィンを含む反応生成物を得る合成工程を備える。そのため、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、メタンと、比較的多くの炭素数2~4の短鎖パラフィンとを製造することができる。 The short chain paraffin production method of the present invention includes a synthesis step of supplying CO and/or CO2 and hydrogen to the short chain paraffin synthesis apparatus of the present invention and reacting them to obtain a reaction product containing short chain paraffin as the main product. Therefore, by reacting CO and/or CO2 with hydrogen, methane and a relatively large amount of short chain paraffin having 2 to 4 carbon atoms can be produced.
1.短鎖パラフィン合成触媒
短鎖パラフィン合成触媒は、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、炭素数1~4の短鎖パラフィンを製造するための触媒であって、担体と、活性金属とを備えている。
1. Short-chain paraffin synthesis catalyst The short-chain paraffin synthesis catalyst is a catalyst for producing short-chain paraffin having 1 to 4 carbon atoms by reacting CO and/or CO2 with hydrogen, and includes a carrier and an active metal.
<担体>
担体は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含んでいる。担体は、後述する粒子成分を、さらに、含んでいてもよい。
<Carrier>
The support contains a stabilized zirconia support having a tetragonal and/or cubic crystal structure in which a stabilizing element is dissolved. The support may further contain particle components described below.
[安定化ジルコニア担体]
安定化ジルコニア担体は、少なくとも安定化元素が固溶しており、Zrを主体とする正方晶系および/または立方晶系の結晶構造(単位格子)を有している。
[Stabilized zirconia support]
The stabilized zirconia support contains at least a stabilizing element in a solid solution and has a tetragonal and/or cubic crystal structure (unit cell) mainly composed of Zr.
安定化ジルコニア担体の結晶構造は、Zrを主体(基本成分)として構成しており、安定化ジルコニア担体の結晶構造の複数の格子点には、主にZrイオン(Zr4+)が配置されている。 The crystal structure of the stabilized zirconia carrier is mainly composed of Zr (basic component), and Zr ions (Zr 4+ ) are mainly arranged at a plurality of lattice points of the crystal structure of the stabilized zirconia carrier.
安定化元素は、安定化ジルコニア担体の結晶構造を、正方晶系および/または立方晶系となるように安定化させている。 The stabilizing element stabilizes the crystal structure of the stabilized zirconia support to be tetragonal and/or cubic.
安定化元素としては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ca、および、Mgからなる群より選択される少なくとも一つの元素である。安定化元素としては、好ましくは、Y、Sm、および、Caが挙げられ、より好ましくは、Yが挙げられる。 The stabilizing element is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ca, and Mg. The stabilizing element is preferably Y, Sm, or Ca, and more preferably Y.
安定化元素は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The stabilizing elements may be used alone or in combination of two or more.
また、安定化ジルコニア担体には、安定化元素に加えて、後述する活性金属が固溶していてもよい。 In addition to the stabilizing element, the stabilized zirconia carrier may also contain an active metal, which will be described later.
安定化ジルコニア担体の結晶構造に安定化元素または活性金属が固溶すると、結晶構造の複数の格子点のうち一部の格子点が、Zrイオン(Zr4+)から、上記の安定化元素のイオンまたは活性金属のイオンのいずれかに置き換わる。 When a stabilizing element or an active metal is dissolved in the crystal structure of a stabilized zirconia support, some of the lattice points of the crystal structure are replaced by Zr ions (Zr 4+ ) with either ions of the stabilizing element or ions of the active metal.
つまり、安定化ジルコニア担体に安定化元素または活性金属が固溶するとは、結晶構造の格子点に配置されるZrイオンが、上記の安定化元素イオンまたは活性金属イオンのいずれかに置き換わることである。例えば、安定化ジルコニア担体にFeが固溶するとは、結晶構造の格子点に配置されるZrイオンが、Feイオンに置き換わることである。 In other words, when a stabilizing element or active metal is dissolved in a stabilized zirconia carrier, the Zr ions located at the lattice points of the crystal structure are replaced by either the stabilizing element ions or the active metal ions. For example, when Fe is dissolved in a stabilized zirconia carrier, the Zr ions located at the lattice points of the crystal structure are replaced by Fe ions.
そのため、安定化ジルコニア担体の複数の格子点には、Zr4+、安定化元素イオン、または、活性金属イオンのいずれか一つが配置されている。このような安定化ジルコニア担体の結晶構造は、好ましくは、ペロブスカイト構造を含んでいる。 Therefore, any one of Zr 4+ , stabilizing element ions, and active metal ions is arranged at a plurality of lattice points of the stabilized zirconia support. The crystal structure of such a stabilized zirconia support preferably includes a perovskite structure.
このような安定化ジルコニア担体は、下記一般式(1)で示される。 Such a stabilized zirconia carrier is represented by the following general formula (1):
一般式(1): General formula (1):
一般式(1)において、xは、例えば、0超過、0.10以上、また、例えば、1未満、好ましくは、0.67以下である。 In general formula (1), x is, for example, more than 0, 0.10 or more, and, for example, less than 1, preferably 0.67 or less.
一般式(1)において、yは、例えば、0以上、好ましくは、0.01以上、また、例えば、1未満、好ましくは、0.10以下である。 In general formula (1), y is, for example, 0 or more, preferably 0.01 or more, and, for example, less than 1, preferably 0.10 or less.
また、安定化ジルコニア担体における結晶格子間隔は、Zr4+、安定化元素イオン、および、活性金属イオンのそれぞれのイオン半径が異なることから、安定化ジルコニア担体に固溶する安定化元素の量に依存して変化する。なお、下記には参考のために、Zr4+、Y3+、Fe2+、Fe3+、Co2+、および、Co3+のイオン半径を示す。
Zr4+:0.079nm
Y3+ :0.090nm
Fe2+:0.061nm
Fe3+:0.055nm
Co2+:0.065nm
Co3+:0.055nm
In addition, the crystal lattice spacing in the stabilized zirconia carrier varies depending on the amount of the stabilizing element dissolved in the stabilized zirconia carrier, since the ionic radii of Zr4 + , the stabilizing element ion, and the active metal ion are different from each other. For reference, the ionic radii of Zr4 + , Y3 + , Fe2 + , Fe3 + , Co2 + , and Co3 + are shown below.
Zr 4+ :0.079nm
Y 3+ :0.090nm
Fe 2+ :0.061 nm
Fe 3+ :0.055nm
Co2 + : 0.065nm
Co3 + : 0.055nm
より具体的には、Zrイオンと比較してイオン半径が大きい安定化元素イオンまたは活性金属イオンが、安定化ジルコニア担体に多く固溶すると、安定化ジルコニア担体における結晶格子面間隔は、増加(膨張)する。一方、Zrイオンと比較してイオン半径が小さい安定化元素イオンまたは活性金属イオンが、安定化ジルコニア担体に多く固溶すると、安定化ジルコニア担体における結晶格子面間隔が、低下(縮小)する。 More specifically, when a large amount of stabilizing element ions or active metal ions with a larger ionic radius than Zr ions are dissolved in the stabilized zirconia carrier, the crystal lattice spacing in the stabilized zirconia carrier increases (expands). On the other hand, when a large amount of stabilizing element ions or active metal ions with a smaller ionic radius than Zr ions are dissolved in the stabilized zirconia carrier, the crystal lattice spacing in the stabilized zirconia carrier decreases (shrinks).
安定化ジルコニア担体の結晶構造における[111]面の格子間隔は、例えば、0.2920以上、好ましくは、0.2935nm以上、また、例えば、0.2995nm以下、好ましくは、0.2985nm以下である。なお、安定化元素および活性金属が固溶されていない安定化ジルコニアの結晶構造における[111]面の格子間隔は、正方晶ジルコニアの場合には0.2975nm、立方晶ジルコニアの場合には0.2965nmである。 The lattice spacing of the [111] plane in the crystal structure of the stabilized zirconia carrier is, for example, 0.2920 or more, preferably 0.2935 nm or more, and, for example, 0.2995 nm or less, preferably 0.2985 nm or less. The lattice spacing of the [111] plane in the crystal structure of stabilized zirconia in which the stabilizing element and the active metal are not dissolved is 0.2975 nm in the case of tetragonal zirconia and 0.2965 nm in the case of cubic zirconia.
また、安定化ジルコニア担体は、酸素空孔を有している。安定化ジルコニア担体に、安定化元素および活性金属が固溶して、価数が3以下(2価または3価)の安定化元素イオンまたは活性金属イオンが、Zrイオンと置換すると、Zrイオン(Zr4+)が4価であり、安定化元素イオンまたは活性金属イオンが2価または3価であることから、その結晶構造において、酸素の欠陥(欠落)が生じ、酸素空孔が形成される。 The stabilized zirconia carrier has oxygen vacancies. When a stabilizing element and an active metal are dissolved in the stabilized zirconia carrier and stabilizing element ions or active metal ions having a valence of 3 or less (divalent or trivalent) are substituted for Zr ions, oxygen defects (missing ions) are generated in the crystal structure and oxygen vacancies are formed because the Zr ions (Zr 4+ ) are tetravalent and the stabilizing element ions or active metal ions are divalent or trivalent.
具体的には、3価の安定化元素イオンおよび/または活性金属イオンがZrイオンと置換する場合、下記一般式(2)に示すクレガー=ビンク式に従って、安定化ジルコニア担体に酸素空孔が形成され、2価の安定化元素イオンおよび/または活性金属イオンがZrイオンと置換する場合、下記一般式(3)に示すクレガー=ビンク式に従って、安定化ジルコニア担体に酸素空孔が形成される。 Specifically, when trivalent stabilizing element ions and/or active metal ions are substituted for Zr ions, oxygen vacancies are formed in the stabilized zirconia carrier according to the Kreger-Bink formula shown in the following general formula (2), and when divalent stabilizing element ions and/or active metal ions are substituted for Zr ions, oxygen vacancies are formed in the stabilized zirconia carrier according to the Kreger-Bink formula shown in the following general formula (3).
一般式(2): General formula (2):
一般式(3): General formula (3):
なお、4価の安定化元素イオンおよび/または活性金属イオンがZrイオンと置換する場合、それらの価数が同一であるため、安定化ジルコニア担体に酸素空孔は形成されない。 When tetravalent stabilizing element ions and/or active metal ions replace Zr ions, their valences are the same, so no oxygen vacancies are formed in the stabilized zirconia support.
このような短鎖パラフィン合成触媒における、各原子の原子%は、元素状態を基準とした原子%であり、原料(ジルコニアおよび/またはZrの塩、安定化元素の塩、活性金属の塩、粒子成分の塩、および、添加剤の塩)の仕込量から換算される。(以下同様。) The atomic percentage of each atom in such a short-chain paraffin synthesis catalyst is based on the elemental state and is calculated from the amount of raw materials (zirconia and/or Zr salt, stabilizing element salt, active metal salt, particle component salt, and additive salt) charged (same below).
なお、下記において、Feおよび/またはCoを含む活性金属とは、担体に担持されるFeおよび/またはCo含む活性金属と、安定化ジルコニア担体に固溶するFeおよび/またはCoを含む活性金属との総和を示し、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとは、担体に担持されるFeおよび/またはCoと、安定化ジルコニア担体に固溶するFeおよび/またはCoとの総和を示す。(以下同様。) In the following, the term "active metal containing Fe and/or Co" refers to the sum of the active metal containing Fe and/or Co supported on the carrier and the active metal containing Fe and/or Co dissolved in the stabilized zirconia carrier, and the term "Fe and/or Co contained in the active metal" refers to the sum of the Fe and/or Co supported on the carrier and the Fe and/or Co dissolved in the stabilized zirconia carrier. (The same applies below.)
Zrと安定化元素との総和に対して、Zrの原子割合(=Zr/(Zr+安定化元素)×100)は、例えば、40原子%以上、好ましくは、50原子%以上、より好ましくは、60原子%以上、さらに好ましくは、65原子%以上、また、例えば、90原子%以下、好ましくは、80原子%以下、より好ましくは、70原子%以下である。 The atomic ratio of Zr to the sum of Zr and the stabilizing element (= Zr/(Zr + stabilizing element) × 100) is, for example, 40 atomic % or more, preferably 50 atomic % or more, more preferably 60 atomic % or more, even more preferably 65 atomic % or more, and for example, 90 atomic % or less, preferably 80 atomic % or less, more preferably 70 atomic % or less.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、Zrの原子割合(=Zr/(Zr+安定化元素+Feおよび/またはCo)×100)は、例えば、0.4原子%以上、好ましくは、1.0原子%以上、より好ましくは、5.0原子%以上、さらに好ましくは、10.0原子%以上、とりわけ好ましくは、15原子%以上、また、例えば、65.0原子%以下、好ましくは、55.0原子%以下、より好ましくは、45.0原子%以下、さらに好ましくは、35原子%以下、とりわけ好ましくは、30原子%以下である。 The atomic ratio of Zr (=Zr/(Zr + stabilizing element + Fe and/or Co) x 100) to the sum of Zr and stabilizing elements constituting the stabilized zirconia carrier and Fe and/or Co contained in the active metal is, for example, 0.4 atomic % or more, preferably 1.0 atomic % or more, more preferably 5.0 atomic % or more, even more preferably 10.0 atomic % or more, particularly preferably 15 atomic % or more, and, for example, 65.0 atomic % or less, preferably 55.0 atomic % or less, more preferably 45.0 atomic % or less, even more preferably 35 atomic % or less, particularly preferably 30 atomic % or less.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、Zrの原子%が上記下限以上あれば、安定化ジルコニア担体において、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を確実に形成することができ、Zrの原子%が上記上限以下あれば、触媒活性に必要な活性金属の配合割合を十分に確保することができる。 If the atomic percentage of Zr relative to the sum of the Zr and stabilizing elements constituting the stabilized zirconia carrier and the Fe and/or Co contained in the active metal is equal to or greater than the lower limit, the tetragonal and/or cubic crystal structure can be reliably formed in the stabilized zirconia carrier, and if the atomic percentage of Zr is equal to or less than the upper limit, the mixing ratio of the active metal required for catalytic activity can be sufficiently ensured.
Zrと安定化元素との総和に対して、安定化元素の原子割合(=安定化元素/(Zr+安定化元素)×100)は、例えば、10原子%以上、好ましくは、20原子%以上、より好ましくは、30原子%以上、また、例えば、60原子%以下、好ましくは、50原子%以下、より好ましくは、40原子%以下、さらに好ましくは、35原子%以下である。 The atomic ratio of the stabilizing element to the sum of Zr and the stabilizing element (= stabilizing element/(Zr + stabilizing element) × 100) is, for example, 10 atomic % or more, preferably 20 atomic % or more, more preferably 30 atomic % or more, and, for example, 60 atomic % or less, preferably 50 atomic % or less, more preferably 40 atomic % or less, and even more preferably 35 atomic % or less.
Zrと安定化元素との総和に対して、安定化元素の原子%が上記した範囲であれば、安定化ジルコニア担体に酸素空孔を良好に形成でき、後述する短鎖パラフィンの製造方法において、安定化ジルコニア担体が、二酸化炭素分子(CO2)の酸素原子(O)を確実に引き付けることができる。そのため、触媒活性の向上を確実に図ることができ、二酸化炭素から短鎖パラフィンを製造することができる。 When the atomic percentage of the stabilizing element relative to the total of Zr and the stabilizing element is within the above range, oxygen vacancies can be favorably formed in the stabilized zirconia support, and the stabilized zirconia support can reliably attract oxygen atoms (O) of carbon dioxide molecules (CO 2 ) in the short-chain paraffin production method described below. Therefore, the catalytic activity can be reliably improved, and short-chain paraffins can be produced from carbon dioxide.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、安定化元素の原子割合(=安定化元素/(Zr+安定化元素+Feおよび/またはCo)×100)は、例えば、0.2原子%以上、好ましくは、1.0原子%以上、より好ましくは、3.0原子%、さらに好ましくは、6.0原子%以上、また、例えば、35.0原子%以下、好ましくは、30.0原子%以下、より好ましくは、25.0原子%以下、さらに好ましくは、20原子%以下である。 The atomic ratio of the stabilizing element (= stabilizing element/(Zr + stabilizing element + Fe and/or Co) x 100) to the sum of Zr and stabilizing elements constituting the stabilized zirconia carrier and Fe and/or Co contained in the active metal is, for example, 0.2 atomic % or more, preferably 1.0 atomic % or more, more preferably 3.0 atomic % or more, even more preferably 6.0 atomic % or more, and, for example, 35.0 atomic % or less, preferably 30.0 atomic % or less, more preferably 25.0 atomic % or less, even more preferably 20 atomic % or less.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、安定化元素の原子%が上記下限以上であれば、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を確実に安定化することができ、安定化元素の原子%が上記上限以下であれば、過剰な安定化元素が所望しない酸化物を形成し、触媒活性を阻害することを抑制できる。 If the atomic percentage of the stabilizing element relative to the sum of the Zr and stabilizing element constituting the stabilized zirconia carrier and the Fe and/or Co contained in the active metal is equal to or higher than the lower limit, the tetragonal and/or cubic crystal structure can be reliably stabilized, and if the atomic percentage of the stabilizing element is equal to or lower than the upper limit, the excess stabilizing element can be prevented from forming undesirable oxides and inhibiting catalytic activity.
[他の担体材料]
他の担体材料は、例えば、上記した安定化ジルコニア担体以外の活性金属を担持させるための担体材料であって、安定化ジルコニア担体と混合して、使用する。
[Other support materials]
The other support material is, for example, a support material for supporting an active metal other than the above-mentioned stabilized zirconia support, and is used by mixing with the stabilized zirconia support.
他の担体材料として、例えば、粒子成分が挙げられ、粒子成分としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、セリア、および、単斜晶ジルコニアが挙げられ、好ましくは、シリカ、アルミナ、および、チタニアが挙げられる。 Other support materials include, for example, particle components, such as silica, alumina, titania, ceria, and monoclinic zirconia, and preferably silica, alumina, and titania.
粒子成分は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The particle components may be used alone or in combination of two or more types.
なお、下記において、粒子成分の原子とは、後述する粒子成分に含まれる原子のうち、酸素以外の原子を示す。例えば、粒子成分がシリカの場合、粒子成分の原子とは、Siである。(以下同様。) In the following, the atom of the particle component refers to the atom other than oxygen contained in the particle component described below. For example, if the particle component is silica, the atom of the particle component is Si. (The same applies below.)
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、粒子成分との総和に対して、粒子成分の原子割合(=(粒子成分の原子)/(Zr+安定化元素+粒子成分の原子)×100)は、例えば、1.0原子%以上、好ましくは、10.0原子%以上、より好ましくは、30.0原子%以上、さらに好ましくは、50.0原子%以上、とりわけ好ましくは、60原子%以上、また、例えば、100.0原子%未満、好ましくは、90.0原子%以下、より好ましくは、80.0原子%以下、さらに好ましくは、70.0原子%以下である。 The atomic ratio of the particle components to the sum of the Zr and stabilizing elements constituting the stabilized zirconia carrier and the particle components (= (atoms of particle components)/(Zr + stabilizing elements + atoms of particle components) x 100) is, for example, 1.0 atomic % or more, preferably 10.0 atomic % or more, more preferably 30.0 atomic % or more, even more preferably 50.0 atomic % or more, particularly preferably 60 atomic % or more, and for example, less than 100.0 atomic %, preferably 90.0 atomic % or less, more preferably 80.0 atomic % or less, even more preferably 70.0 atomic % or less.
他の担体材料としては、例えば、ゼオライトも挙げられる。 Other examples of carrier materials include zeolites.
ゼオライトの配合量は、ゼオライトを除く短鎖パラフィン合成触媒を構成する触媒成分(活性金属、担体(安定化元素含む)、および、後述する添加剤)100質量部に対して、例えば、0.3質量部以上、好ましくは、0.5質量部以上、また、例えば、10質量部以下、好ましくは、5質量部以下、より好ましくは、3質量部以下、さらに好ましくは、1質量部以下である。 The amount of zeolite to be blended is, for example, 0.3 parts by mass or more, preferably 0.5 parts by mass or more, and, for example, 10 parts by mass or less, preferably 5 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, and even more preferably 1 part by mass or less, per 100 parts by mass of the catalyst components constituting the short-chain paraffin synthesis catalyst excluding zeolite (active metal, carrier (including stabilizing element), and additives described below).
<活性金属>
活性金属は、担体に担持され、さらに、安定化ジルコニア担体に固溶していてもよい。
<Active metals>
The active metal is supported on a carrier and may be further dissolved in a stabilized zirconia carrier.
活性金属は、例えば、金属、および、金属酸化物の状態であることが挙げられる。触媒活性の観点から、好ましくは、金属の状態である。 The active metal may be, for example, in the form of a metal or a metal oxide. From the viewpoint of catalytic activity, the active metal is preferably in the form of a metal.
活性金属は、Feおよび/またはCoを含む。 The active metals include Fe and/or Co.
また、活性金属は、Feおよび/またはCo以外の他の活性金属を含んでもよい。他の活性金属としては、例えば、Ni、Cu、および、Ruが挙げられる。 The active metal may also include other active metals besides Fe and/or Co. Examples of other active metals include Ni, Cu, and Ru.
活性金属は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The active metals may be used alone or in combination of two or more.
活性金属がFeおよびCoを含む場合、FeおよびCoの総和に対して、Feの原子割合(=Fe/(Fe+Co)×100)は、例えば、0原子%超過、好ましくは、10.0原子%以上、より好ましくは、20.0原子%以上、また、例えば、100.0原子%未満、好ましくは、90.0原子%以下、より好ましくは、80.0原子%以下である。 When the active metal contains Fe and Co, the atomic ratio of Fe to the sum of Fe and Co (=Fe/(Fe+Co)×100) is, for example, more than 0 atomic %, preferably 10.0 atomic % or more, more preferably 20.0 atomic % or more, and for example, less than 100.0 atomic %, preferably 90.0 atomic % or less, more preferably 80.0 atomic % or less.
活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合(=(Feおよび/またはCo)/(Feおよび/またはCo+他の活性金属原子)×100)は、50原子%超過、好ましくは、60原子%以上、より好ましくは、70原子%以上、さらに好ましくは、80原子%以上、とりわけ好ましくは、90原子%以上、最も好ましくは、100原子%である。 The atomic ratio of Fe and/or Co to the total of the active metals (= (Fe and/or Co)/(Fe and/or Co + other active metal atoms) x 100) is more than 50 atomic %, preferably 60 atomic % or more, more preferably 70 atomic % or more, even more preferably 80 atomic % or more, particularly preferably 90 atomic % or more, and most preferably 100 atomic %.
活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、上記下限以上であれば、炭素数1~4の短鎖パラフィンを確実に製造でき、メタンと、比較的多くの炭素数2~4の短鎖パラフィンとを製造することができる。 If the atomic ratio of Fe and/or Co to the total amount of active metals is equal to or greater than the lower limit, short-chain paraffins with 1 to 4 carbon atoms can be reliably produced, and methane and a relatively large amount of short-chain paraffins with 2 to 4 carbon atoms can be produced.
つまり、活性金属としては、Feおよび/またはCoが主成分である。Feおよび/またはCoが主成分であるとは、活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合(=(Feおよび/またはCo)/(Feおよび/またはCo+他の活性金属原子)×100)が、50原子%以上であることを意味する。すなわち、Feが主成分であるとは、活性金属の総和に対して、Feの原子割合が、50原子%以上であることを意味し、Coが主成分であるとは、活性金属の総和に対して、Coの原子割合が、50原子%以上であることを意味し、FeおよびCoが主成分であるとは、活性金属の総和に対して、FeおよびCoの総和の原子割合が、50原子%以上であることを意味する。 In other words, Fe and/or Co are the main active metals. Fe and/or Co being the main components means that the atomic ratio of Fe and/or Co (= (Fe and/or Co)/(Fe and/or Co + other active metal atoms) x 100) to the total active metals is 50 atomic % or more. In other words, Fe being the main component means that the atomic ratio of Fe to the total active metals is 50 atomic % or more, Co being the main component means that the atomic ratio of Co to the total active metals is 50 atomic % or more, and Fe and Co being the main components means that the atomic ratio of the sum of Fe and Co to the total active metals is 50 atomic % or more.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoの原子割合(=(Feおよび/またはCo)/(Zr+安定化元素+Feおよび/またはCo)×100)は、例えば、9.0原子%以上、好ましくは、15.0原子%以上、より好ましくは、25.0原子%以上、さらに好ましくは、35原子%以上、とりわけ好ましくは、45原子%以上、最も好ましくは、55原子%以上、また、例えば、99.4原子%以下、好ましくは、90原子%以下、より好ましくは、80.0原子%以下、さらに好ましくは、75原子%以下である。 The atomic ratio of Fe and/or Co contained in the active metal to the sum of Zr and stabilizing elements constituting the stabilized zirconia carrier and Fe and/or Co contained in the active metal (=(Fe and/or Co)/(Zr + stabilizing element + Fe and/or Co) x 100) is, for example, 9.0 atomic % or more, preferably 15.0 atomic % or more, more preferably 25.0 atomic % or more, even more preferably 35 atomic % or more, particularly preferably 45 atomic % or more, most preferably 55 atomic % or more, and, for example, 99.4 atomic % or less, preferably 90 atomic % or less, more preferably 80.0 atomic % or less, even more preferably 75 atomic % or less.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoとの総和に対して、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoの総和の原子%が上記下限以上であれば、触媒活性の向上を図ることができ、活性金属に含まれるFeおよび/またはCoの総和の原子%が上記上限以下であれば、Feおよび/またはCoが凝集し、Feおよび/またはCoの分散性が低下することを抑制できる。 When the atomic percentage of the total of Fe and/or Co contained in the active metal relative to the total of Zr and stabilizing elements constituting the stabilized zirconia carrier and Fe and/or Co contained in the active metal is equal to or higher than the lower limit, the catalytic activity can be improved, and when the atomic percentage of the total of Fe and/or Co contained in the active metal is equal to or lower than the upper limit, the aggregation of Fe and/or Co and the decrease in dispersibility of Fe and/or Co can be suppressed.
<添加剤>
短鎖パラフィン合成触媒には、必要に応じて、添加剤を加えることができる。
<Additives>
If necessary, an additive may be added to the short-chain paraffin synthesis catalyst.
添加剤としては、例えば、反応促進成分、希釈成分、および、バインダーなどが挙げられる。 Additives include, for example, reaction promoters, diluents, and binders.
[反応促進成分]
反応促進成分とは、例えば、CO2をCOに部分還元する反応を促進する成分、COから炭素数1~4の短鎖パラフィンを合成する反応を促進する成分、および、短鎖パラフィンの炭素間の結合を促進する成分が挙げられる。
[Reaction accelerator component]
Examples of the reaction-promoting component include a component that promotes the reaction of partially reducing CO2 to CO, a component that promotes the reaction of synthesizing short-chain paraffin having 1 to 4 carbon atoms from CO, and a component that promotes the carbon-carbon bond of short-chain paraffin.
反応促進成分としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、モリブデン(Mo)、および、炭素(C)が挙げられる。 Examples of reaction-promoting components include alkali metals, alkaline earth metals, molybdenum (Mo), and carbon (C).
反応促進成分は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The reaction promoter may be used alone or in combination of two or more.
アルカリ金属としては、例えば、Na、および、Kが挙げられる。 Examples of alkali metals include Na and K.
アルカリ土類金属としては、例えば、Ca、Sr、Ba、および、Raが挙げられる。 Examples of alkaline earth metals include Ca, Sr, Ba, and Ra.
反応促進成分として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または、モリブデン(Mo)が含まれる場合、合成した短鎖パラフィンにおける、炭素間の結合を促進することができる。 When an alkali metal, alkaline earth metal, or molybdenum (Mo) is included as a reaction-promoting component, it can promote carbon-carbon bonds in the synthesized short-chain paraffin.
また、上記した活性金属として、Feを主成分とする場合、反応促進成分として、炭素(C)が含まれることが好ましい。短鎖パラフィン合成触媒に、FeとCとが含まれる場合、Fe5C2が生成し、COから炭素数1~4の短鎖パラフィンを合成する反応を促進することができる。 In addition, when the active metal is mainly composed of Fe, it is preferable that the catalyst contains carbon (C) as a reaction-promoting component. When the short-chain paraffin synthesis catalyst contains Fe and C, Fe 5 C 2 is generated, and the reaction of synthesizing short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms from CO can be promoted.
安定化ジルコニア担体を構成するZrおよび安定化元素と、Feおよび/またはCoを含む活性金属と、反応促進成分と、粒子成分との総和に対して、反応促進成分の原子割合(=(反応促進成分の原子)/(Zr+安定化元素+Feおよび/またはCo+他の活性金属原子+反応促進成分の原子+粒子成分の原子)×100)は、例えば、1.0原子%以上、好ましくは、5.0原子%以上、より好ましくは、8.0原子%以上、また、例えば、30.0原子%以下、好ましくは、20.0原子%以下、より好ましくは、15.0原子%以下である。 The atomic ratio of the reaction-promoting component (= (atoms of reaction-promoting component)/(Zr + stabilizing element + Fe and/or Co + other active metal atoms + atoms of reaction-promoting component + atoms of particle component) x 100) to the total of Zr and stabilizing elements, active metals including Fe and/or Co, reaction-promoting components, and particle components that constitute the stabilized zirconia carrier is, for example, 1.0 atomic % or more, preferably 5.0 atomic % or more, more preferably 8.0 atomic % or more, and, for example, 30.0 atomic % or less, preferably 20.0 atomic % or less, more preferably 15.0 atomic % or less.
FeとCとの総和に対して、Cの原子割合(=C/(Fe+C)×100)は、例えば、1原子%以上、好ましくは、3原子%以上、より好ましくは、6原子%以上、また、例えば、40原子%以下、好ましくは、30原子%以下、より好ましくは、20原子%以下である。 The atomic ratio of C to the sum of Fe and C (=C/(Fe+C)×100) is, for example, 1 atomic % or more, preferably 3 atomic % or more, more preferably 6 atomic % or more, and, for example, 40 atomic % or less, preferably 30 atomic % or less, more preferably 20 atomic % or less.
つまり、短鎖パラフィン合成触媒は、例えば、Na、K、Mo、Ca、Sr、Ba、Ra、および、Cからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む。短鎖パラフィン合成触媒は、好ましくは、Na、K、および、Cからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含み、より好ましくは、Kを含む。 That is, the short-chain paraffin synthesis catalyst contains, for example, at least one element selected from the group consisting of Na, K, Mo, Ca, Sr, Ba, Ra, and C. The short-chain paraffin synthesis catalyst preferably contains at least one element selected from the group consisting of Na, K, and C, and more preferably contains K.
[希釈成分]
希釈成分は、後述する短鎖パラフィン合成反応にイナート(不活性)な物質であって、短鎖パラフィン合成触媒に希釈成分を添加することにより、短鎖パラフィン合成触媒の温度制御を容易にすることができる。
[Dilution components]
The diluent component is an inert substance in the short-chain paraffin synthesis reaction described below, and adding the diluent component to the short-chain paraffin synthesis catalyst can facilitate temperature control of the short-chain paraffin synthesis catalyst.
希釈成分としては、例えば、アルミナ(例えば、α-アルミナ、θ-アルミナ、γ-アルミナなど)、チタニア(例えば、ルチル型チタニア、アナターゼ型チタニアなど)などが挙げられる。 Examples of diluent components include alumina (e.g., α-alumina, θ-alumina, γ-alumina, etc.), titania (e.g., rutile-type titania, anatase-type titania, etc.), etc.
希釈成分は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The diluent components may be used alone or in combination of two or more.
短鎖パラフィン合成触媒において、短鎖パラフィン合成触媒100質量部に対して、希釈成分の配合量は、例えば、100質量部以上、好ましくは、1000質量部以上、例えば、5000質量部以下である。 In the short-chain paraffin synthesis catalyst, the amount of the diluent component per 100 parts by mass of the short-chain paraffin synthesis catalyst is, for example, 100 parts by mass or more, preferably 1000 parts by mass or more, for example, 5000 parts by mass or less.
[バインダー]
バインダーは、例えば、短鎖パラフィン合成触媒を流動床型反応装置に用いる場合に、短鎖パラフィン合成触媒同士を結着させるための結着成分である。
[binder]
The binder is a binding component for binding the short-chain paraffin synthesis catalyst together when the short-chain paraffin synthesis catalyst is used in a fluidized bed type reactor, for example.
バインダーとしては、例えば、ケイ酸塩、チタン酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩などが挙げられる。 Examples of binders include silicates, titanates, aluminates, zirconates, etc.
バインダーは、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The binders may be used alone or in combination of two or more types.
なお、バインダーの添加割合は、短鎖パラフィン合成触媒の用途などに応じて任意に選択される。 The proportion of binder added is selected as desired depending on the application of the short-chain paraffin synthesis catalyst.
上記した短鎖パラフィン合成触媒、後述する短鎖パラフィン合成システム、後述する短鎖パラフィンの製造方法において、処方、反応条件などを変更することで、COおよび/またはCO2の転換率を調整でき、さらに、製造した短鎖パラフィン中のメタン、エタン、プロパン、および、ブタンの割合を調整することができる。 In the above-mentioned short-chain paraffin synthesis catalyst, the short-chain paraffin synthesis system described later, and the short-chain paraffin production method described later, by changing the formulation, reaction conditions, etc., the conversion rate of CO and/or CO2 can be adjusted, and further, the proportions of methane, ethane, propane, and butane in the produced short-chain paraffin can be adjusted.
COおよび/またはCO2の転換率としては、例えば、20%以上、好ましくは、30%以上、より好ましくは、40%以上、さらに好ましくは、50%以上、とりわけ好ましくは、60%以上が挙げられる。 The conversion rate of CO and/or CO2 is, for example, 20% or more, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, even more preferably 50% or more, and particularly preferably 60% or more.
炭素数1~4の短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和の体積割合は、例えば、1体積%以上、好ましくは、3体積%以上、より好ましくは、5体積%以上、さらに好ましくは、10体積%以上、とりわけ好ましくは、15体積%以上が挙げられる。 The volume ratio of the sum of ethane, propane, and butane to the sum of short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms is, for example, 1 vol.% or more, preferably 3 vol.% or more, more preferably 5 vol.% or more, even more preferably 10 vol.% or more, and particularly preferably 15 vol.% or more.
2.短鎖パラフィン合成触媒の製造方法
次に、短鎖パラフィン合成触媒の製造方法について説明する。
2. Method for Producing the Short-Chain Paraffin Synthesis Catalyst Next, a method for producing the short-chain paraffin synthesis catalyst will be described.
短鎖パラフィン合成触媒の製造方法は、原料成分を混合して混合物を調製する工程(混合工程)と、混合物を焼成して活性金属を担持する安定化ジルコニア担体を調製する工程(焼成工程)とを含む。必要に応じて、活性金属を還元する工程(還元工程)を含んでいてもよい。 The method for producing a short-chain paraffin synthesis catalyst includes a step of mixing the raw material components to prepare a mixture (mixing step), and a step of calcining the mixture to prepare a stabilized zirconia support that supports an active metal (calcining step). If necessary, the method may also include a step of reducing the active metal (reduction step).
混合工程では、担体成分としての、ジルコニア(ZrO2)および/またはZrの塩と、上記の安定化元素の塩と、活性金属の塩とを、例えば、各原子(Zr、安定化元素および活性金属)の原子割合が上記した範囲となるように混合する。 In the mixing step, zirconia ( ZrO2 ) and/or a salt of Zr as the carrier component, the salt of the stabilizing element, and the salt of the active metal are mixed, for example, so that the atomic ratio of each atom (Zr, the stabilizing element, and the active metal) is within the above-mentioned range.
ジルコニアとしては、例えば、低結晶性のZrO2微粒子などが挙げられる。 The zirconia may be, for example, low-crystalline ZrO2 fine particles.
Zrの塩としては、例えば、Zrの硝酸塩(例えば、硝酸ジルコニウム(Zr(NO3)4)、硝酸酸化ジルコニウム(ZrO(NO3)2)など)、Zrの塩酸塩(例えば、塩化酸化ジルコニウム(ZrCl2O)など)、Zrの酢酸塩(例えば、酢酸酸化ジルコニウム(ZrO(C2H3O2)2)など)などが挙げられる。 Examples of Zr salts include Zr nitrates (e.g., zirconium nitrate (Zr( NO3 ) 4 ), zirconium oxide nitrate (ZrO( NO3 ) 2 ), etc.), Zr hydrochlorides (e.g., zirconium oxide chloride ( ZrCl2O ), etc.), Zr acetates (e.g., zirconium oxide acetate ( ZrO ( C2H3O2 ) 2 ) , etc.).
Zrの塩は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 Zr salts may be used alone or in combination of two or more.
このようなZrの塩は、市販品を用いることもでき、市販品としては、例えば、硝酸ジルコニウム五水和物(BOCサイエンス社製)、硝酸酸化ジルコニウム二水和物(関東化学社製)、塩化酸化ジルコニウム八水和物(関東化学社製)、酢酸酸化ジルコニウム(第一希元素工業社製)などが挙げられる。 Such Zr salts can be commercially available products, such as zirconium nitrate pentahydrate (manufactured by BOC Sciences), zirconium oxide nitrate dihydrate (manufactured by Kanto Chemical), zirconium oxide chloride octahydrate (manufactured by Kanto Chemical), and zirconium oxide acetate (manufactured by Daiichi Kigenso Kogyo Co., Ltd.).
Zrの塩としては、好ましくは、Zrの酢酸塩が挙げられ、より好ましくは、酢酸酸化ジルコニウムが挙げられる。 As the Zr salt, preferably, Zr acetate is used, and more preferably, zirconium oxide acetate is used.
安定化元素の塩としては、例えば、安定化元素の硝酸塩、および、安定化元素の塩化物などが挙げられ、好ましくは、安定化元素の硝酸塩が挙げられ、より好ましくは、Y、Sm、および、Caの硝酸塩が挙げられる。 Examples of salts of stabilizing elements include nitrates of stabilizing elements and chlorides of stabilizing elements, and preferably nitrates of stabilizing elements, and more preferably nitrates of Y, Sm, and Ca.
安定化元素の塩は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The salts of the stabilizing elements may be used alone or in combination of two or more.
なお、安定化元素の塩は、市販品を用いることもできる。 Note that commercially available salts of stabilizing elements can also be used.
活性金属の塩としては、例えば、活性金属の硝酸塩、および、活性金属の塩化物などが挙げられ、好ましくは、活性金属の硝酸塩が挙げられ、より好ましくは、Fe、および/または、Coの硝酸塩が挙げられる Examples of active metal salts include nitrates of active metals and chlorides of active metals, and preferably nitrates of active metals, and more preferably nitrates of Fe and/or Co.
活性金属の塩は、単独で使用してもよく、2種以上併用することもできる。 The active metal salts may be used alone or in combination of two or more.
なお、活性金属の塩は、市販品を用いることもできる。 In addition, commercially available active metal salts can also be used.
原料成分を混合するには、例えば、ジルコニアゾルおよび/またはZrの塩の水溶液に、安定化元素の塩と活性金属の塩とを、各原子(Zr、安定化元素および活性金属)の原子割合が上記の範囲となるように添加して、撹拌混合する。 To mix the raw material components, for example, a salt of a stabilizing element and a salt of an active metal are added to an aqueous solution of zirconia sol and/or a salt of Zr so that the atomic ratio of each atom (Zr, stabilizing element, and active metal) falls within the above-mentioned range, and then the mixture is stirred and mixed.
より具体的には、ジルコニアゾルおよび/またはZrの塩の水溶液に、安定化元素の塩を加え、撹拌混合して均一な溶液とした後、活性金属の塩を加え、例えば、1時間以上、また、例えば、30時間以下、撹拌混合する。 More specifically, a salt of a stabilizing element is added to an aqueous solution of zirconia sol and/or a Zr salt, and the solution is stirred and mixed to form a homogeneous solution, after which an active metal salt is added and the solution is stirred and mixed for, for example, 1 hour or more and, for example, 30 hours or less.
これによって、ジルコニアおよび/またはZrの塩と、安定化元素の塩と、活性金属の塩とを含有する混合溶液(スラリー)が調製される。 This produces a mixed solution (slurry) containing zirconia and/or Zr salts, stabilizing element salts, and active metal salts.
次いで、混合溶液を、例えば、恒温乾燥炉により加熱して、余剰な水分を揮発させる。 The mixed solution is then heated, for example in a thermostatic drying oven, to evaporate excess water.
混合溶液の加熱温度としては、例えば、100℃以上、好ましくは、150℃以上、また、例えば、200℃以下、好ましくは、170℃以下である。混合溶液の加熱時間としては、例えば、30分以上、好ましくは、1時間以上、また、例えば、10時間以下、好ましくは、3時間以下である。 The heating temperature of the mixed solution is, for example, 100° C. or higher, preferably 150° C. or higher, and for example, 200° C. or lower, preferably 170° C. or lower. The heating time of the mixed solution is, for example, 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and for example, 10 hours or lower, preferably 3 hours or lower.
これによって、ジルコニアおよび/またはZrの塩と、安定化元素の塩と、活性金属の塩とを含有する混合物(ハードスラリー)が調製される。 This produces a mixture (hard slurry) containing salts of zirconia and/or Zr, salts of stabilizing elements, and salts of active metals.
次いで、混合物を、必要によりかき混ぜた後、焼成工程において、例えば、電気炉などの加熱炉により焼成する。 Next, the mixture is stirred if necessary, and then fired in a firing process, for example, in a heating furnace such as an electric furnace.
焼成温度としては、例えば、550℃以上、好ましくは、600℃以上、また、例えば、800℃以下である。 The firing temperature is, for example, 550°C or higher, preferably 600°C or higher, and, for example, 800°C or lower.
焼成温度が上記下限以上であれば、安定化ジルコニア担体の結晶構造を確実に正方晶系および/または立方晶系とすることができ、焼成温度が上記上限以下であれば、安定化ジルコニア担体の比表面積が過度に低下して、触媒活性が低下することを抑制できる。 If the calcination temperature is equal to or higher than the lower limit, the crystal structure of the stabilized zirconia carrier can be reliably made tetragonal and/or cubic, and if the calcination temperature is equal to or lower than the upper limit, the specific surface area of the stabilized zirconia carrier can be prevented from decreasing excessively, which would otherwise cause a decrease in catalytic activity.
焼成時間としては、例えば、1時間以上、好ましくは、3時間以上、また、例えば、24時間以下である。 The baking time is, for example, 1 hour or more, preferably 3 hours or more, and, for example, 24 hours or less.
これによって、混合物が焼成されて、上記一般式(1)で示す安定化ジルコニア担体が形成するとともに、安定化ジルコニア担体に活性金属の酸化物が担持され、短鎖パラフィン合成触媒が調製される。 The mixture is thereby calcined to form the stabilized zirconia support shown in the above general formula (1), and the oxide of the active metal is supported on the stabilized zirconia support, preparing the short-chain paraffin synthesis catalyst.
次いで、還元工程を含む場合、短鎖パラフィン合成触媒を、例えば、水素気流により還元処理する。 Next, if a reduction step is included, the short-chain paraffin synthesis catalyst is reduced, for example, using a hydrogen stream.
より具体的には、短鎖パラフィン合成触媒を、必要により乳鉢などで粉砕し、ふるいにかけた後、所定の円管内に充填する。 More specifically, the short-chain paraffin synthesis catalyst is crushed in a mortar or the like if necessary, sieved, and then filled into a specified cylindrical tube.
ふるいの目開きは、例えば、100μm以下、好ましくは、75μm以下である。 The sieve openings are, for example, 100 μm or less, preferably 75 μm or less.
そして、その円管内が下記の還元温度となるように、例えば、電気管状炉などの加熱器に加熱するとともに、円管内に水素を流通させる。 Then, the inside of the tube is heated using a heater such as an electric tubular furnace so that the inside of the tube reaches the reduction temperature described below, and hydrogen is passed through the tube.
還元温度としては、例えば、200℃以上、好ましくは、300℃以上、また、例えば、600℃以下である。還元時間としては、例えば、2時間以上、好ましくは、3時間以上、また、例えば、10時間以下、好ましくは、5時間以下である。 The reduction temperature is, for example, 200°C or higher, preferably 300°C or higher, and for example, 600°C or lower. The reduction time is, for example, 2 hours or higher, preferably 3 hours or higher, and for example, 10 hours or lower, preferably 5 hours or lower.
水素の流速は、短鎖パラフィン合成触媒1gに対して、例えば、50mL・min-1・g-1以上、好ましくは、100mL・min-1・g-1以上、また、例えば、500mL・min-1・g-1以下である。 The flow rate of hydrogen is, for example, 50 mL·min −1 ·g −1 or more, preferably 100 mL·min −1 ·g −1 or more, and for example, 500 mL·min −1 ·g −1 or less, per gram of the short -chain paraffin synthesis catalyst.
以上によって、安定化ジルコニア担体に担持される活性金属の酸化物が、金属状態に還元される。 As a result, the oxide of the active metal supported on the stabilized zirconia carrier is reduced to its metallic state.
また、還元剤として、一酸化炭素を用いて、短鎖パラフィン合成触媒を還元してもよい。 The short-chain paraffin synthesis catalyst may also be reduced using carbon monoxide as a reducing agent.
なお、安定化ジルコニア担体に固溶する安定化元素および活性金属は、安定化ジルコニア担体に担持される金属状態の活性金属により被覆されているため、この還元工程において還元されず、酸化状態が維持される。 The stabilizing elements and active metals dissolved in the stabilized zirconia carrier are covered by the active metals in the metallic state supported on the stabilized zirconia carrier, and therefore are not reduced in this reduction process and remain in an oxidized state.
このような短鎖パラフィン合成触媒は、粒子状を有しているが、例えば、加圧することにより、所定の形状(例えば、円柱形状、角柱形状、中空筒形状など)に形成されてもよい。 Such short-chain paraffin synthesis catalysts are particulate, but may be formed into a specific shape (e.g., a cylindrical shape, a rectangular prism shape, a hollow cylinder shape, etc.) by, for example, applying pressure.
また、短鎖パラフィン合成触媒は、原料を混合する工程において、上記の粒子成分が添加され、その粒子成分に活性金属が担持されてもよい。 In addition, the short-chain paraffin synthesis catalyst may be prepared by adding the above-mentioned particulate components during the process of mixing the raw materials, and the active metal may be supported on the particulate components.
さらに、短鎖パラフィン合成触媒は、原料を混合する工程において、上記の反応促進成分、希釈成分、および、バインダーが添加されてもよい。 Furthermore, the short-chain paraffin synthesis catalyst may contain the above-mentioned reaction-promoting components, diluent components, and binders during the process of mixing the raw materials.
3.短鎖パラフィン合成システム
図1を参照して、本発明の短鎖パラフィン合成触媒を用いた、短鎖パラフィン合成システム1の一実施形態を説明する。短鎖パラフィン合成システム1は、COおよび/またはCO2と水素とを反応させて短鎖パラフィンを製造する短鎖パラフィン製造設備である。
3. Short chain paraffin synthesis system One embodiment of a short chain paraffin synthesis system 1 using the short chain paraffin synthesis catalyst of the present invention will be described with reference to Fig. 1. The short chain paraffin synthesis system 1 is a short chain paraffin production facility that produces short chain paraffins by reacting CO and/or CO2 with hydrogen.
短鎖パラフィン合成システム1は、例えば、短鎖パラフィン合成装置2と、冷却装置3と、第1分離装置4と、第2分離装置5と、原料ガス供給ライン10と、第1ライン11と、第2ライン12と、第3ライン13と、排水ライン14と、短鎖パラフィン排出ライン15とを備える。必要に応じて、第3分離装置6を第1ライン11に介在させてもよく、さらに、循環ライン16を備えてもよい。 The short-chain paraffin synthesis system 1 includes, for example, a short-chain paraffin synthesis device 2, a cooling device 3, a first separation device 4, a second separation device 5, a raw material gas supply line 10, a first line 11, a second line 12, a third line 13, a drainage line 14, and a short-chain paraffin discharge line 15. If necessary, a third separation device 6 may be interposed in the first line 11, and a circulation line 16 may also be provided.
以降の説明において、上流側および下流側は、ガスの流れ方向における上流側および下流側である。 In the following description, the upstream and downstream sides refer to the upstream and downstream sides in the gas flow direction.
原料ガス供給ライン10は、短鎖パラフィン合成装置2の上流側に位置し、一端が短鎖パラフィン合成装置2と接続され、短鎖パラフィン合成装置2に原料ガスを供給するための配管である。より具体的には、原料ガス供給ライン10は、短鎖パラフィン合成装置2に、COおよび/またはCO2と水素とを含む混合ガスを供給する。なお、COおよび/またはCO2と水素とは、異なる配管から供給してもよく、その場合、原料ガス供給ライン10は、2つの配管からなる。なお、混合ガスは加熱されて、供給されてもよい。 The raw material gas supply line 10 is located upstream of the short chain paraffin synthesis apparatus 2, has one end connected to the short chain paraffin synthesis apparatus 2, and is a pipe for supplying raw material gas to the short chain paraffin synthesis apparatus 2. More specifically, the raw material gas supply line 10 supplies a mixed gas containing CO and/or CO2 and hydrogen to the short chain paraffin synthesis apparatus 2. Note that CO and/or CO2 and hydrogen may be supplied from different pipes, in which case the raw material gas supply line 10 is composed of two pipes. Note that the mixed gas may be heated before being supplied.
短鎖パラフィン合成装置2は、COおよび/またはCO2と水素とを反応させて、主生成物である短鎖パラフィンを含む反応生成物を生成する装置である。短鎖パラフィン合成装置2は、例えば、図示しない、反応器と、短鎖パラフィン合成触媒とを備え、必要に応じて、ジャケットを備える。 The short-chain paraffin synthesis unit 2 is a unit that reacts CO and/or CO2 with hydrogen to generate a reaction product containing short-chain paraffins as a main product. The short-chain paraffin synthesis unit 2 includes, for example, a reactor and a short-chain paraffin synthesis catalyst (not shown), and a jacket as necessary.
反応器において、原料ガス供給ライン10から混合ガスが供給され、COおよび/またはCO2と水素とを反応させて、主生成物である炭素数1~4の短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物が生成される。反応生成物は、第1ライン11を介して、冷却装置3に供給される。 In the reactor, a mixed gas is supplied from a raw material gas supply line 10, and CO and/or CO 2 are reacted with hydrogen to generate a reaction product containing short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms as the main product and H 2 O as a by-product. The reaction product is supplied to a cooling device 3 via a first line 11.
短鎖パラフィン合成触媒は、反応器内に充填される。COおよび/またはCO2と水素との短鎖パラフィン合成反応を促進する。短鎖パラフィン合成触媒は、上記したように、例えば、活性金属として、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、FeおよびCoを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒が挙げられる。 The short-chain paraffin synthesis catalyst is filled in the reactor. It promotes the short-chain paraffin synthesis reaction between CO and/or CO2 and hydrogen. As described above, examples of the short-chain paraffin synthesis catalyst include a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Fe as an active metal, a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Co, and a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Fe and Co.
短鎖パラフィン合成触媒は、単独で使用してもよく、2種以上併用することができる。 Short-chain paraffin synthesis catalysts may be used alone or in combination of two or more types.
つまり、短鎖パラフィン合成触媒としては、例えば、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、FeおよびCoを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を単独で使用することが挙げられる。また、例えば、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を併用することが挙げられる。 In other words, examples of the short-chain paraffin synthesis catalyst include a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe, a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co, and a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main components are Fe and Co. Examples of the short-chain paraffin synthesis catalyst include a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co.
Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を併用する場合、反応器に充填する方法としては、例えば、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を区分して充填する方法、および、混合して充填する方法が挙げられる。 When using a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co in combination, methods for filling the reactor include, for example, a method of separately filling the short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co, and a method of mixing and filling them.
区分して充填する方法としては、例えば、反応器の上端部分にFeを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を充填し、反応器の下端部分にCoを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を充填する方法が挙げられる。 As an example of a method of packing separately, a method of packing the upper part of the reactor with a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Fe and packing the lower part of the reactor with a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Co can be given.
混合して充填する方法としては、例えば、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒とCoを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒とを均一に混合し充填する方法、および、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒とCoを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒との混合比率を調整し、上端側でFeの配合割合を高くし、下端側でCoの配合割合が高くなるようにグラデーションを設けて充填する方法が挙げられる。なお、このようにグラデーションを設けて充填する場合、反応器の上端側から原料ガスが供給されるように、原料ガス供給ライン10を配置し、反応器の下端側から排出されるように、後述する第1ライン11を配置する。 Examples of methods for mixing and filling include a method of uniformly mixing and filling a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co, and a method of adjusting the mixing ratio of the short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and the short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co, and filling the reactor with a gradation so that the Fe mixing ratio is high at the upper end and the Co mixing ratio is high at the lower end. When filling the reactor with a gradation like this, a raw material gas supply line 10 is arranged so that the raw material gas is supplied from the upper end side of the reactor, and a first line 11, described later, is arranged so that the raw material gas is discharged from the lower end side of the reactor.
Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を併用する場合において、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒、および、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒の混合比率は、特に限定されない。 When a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and a short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co are used in combination, the mixing ratio of the short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Fe and the short-chain paraffin synthesis catalyst whose main component is Co is not particularly limited.
また、短鎖パラフィン合成装置2は、必要に応じて、反応器を冷却するジャケットを備える。より具体的には、ジャケットの中に冷媒を循環させることで、反応器を冷却することができる。 The short-chain paraffin synthesis unit 2 is also equipped with a jacket for cooling the reactor as necessary. More specifically, the reactor can be cooled by circulating a refrigerant through the jacket.
ジャケットにより、短鎖パラフィン合成時に発生する反応熱による、反応器の過度な温度上昇を抑制することができる。 The jacket helps prevent excessive temperature rise in the reactor due to the reaction heat generated during the synthesis of short-chain paraffins.
第1ライン11は、短鎖パラフィン合成装置2と冷却装置3との間に位置し、一端が短鎖パラフィン合成装置2に接続され、他端が冷却装置3に接続される配管である。より具体的には、第1ライン11は、短鎖パラフィン合成装置2から、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物を、冷却装置3に供給する。なお、第3分離装置6を備える場合、短鎖パラフィン合成装置2から、反応生成物を、第3分離装置6を経由して、冷却装置3に供給する。 The first line 11 is a pipe located between the short chain paraffin synthesis apparatus 2 and the cooling apparatus 3, one end of which is connected to the short chain paraffin synthesis apparatus 2 and the other end of which is connected to the cooling apparatus 3. More specifically, the first line 11 supplies the reaction product containing short chain paraffin as the main product and H 2 O as a by-product from the short chain paraffin synthesis apparatus 2 to the cooling apparatus 3. When the third separation apparatus 6 is provided, the reaction product is supplied from the short chain paraffin synthesis apparatus 2 to the cooling apparatus 3 via the third separation apparatus 6.
第3分離装置6は、第1ライン11間に配置され、反応生成物から、H2Oを水蒸気として分離する装置である。第3分離装置6によって、H2Oが水蒸気として分離された後の反応生成物は、第1ライン11を介して、冷却装置4に供給される。一方、分離された水蒸気と未反応ガスとは、再度、短鎖パラフィン合成装置2に供給されてもよく、後述する他の触媒を充填した反応器に供給されてもよく、排出されてもよい。なお、第3分離装置6によって、分離された水蒸気の経路は、図示しない。 The third separation device 6 is disposed between the first lines 11, and separates H 2 O as water vapor from the reaction product. The reaction product after H 2 O has been separated as water vapor by the third separation device 6 is supplied to the cooling device 4 via the first line 11. On the other hand, the separated water vapor and unreacted gas may be supplied again to the short chain paraffin synthesis device 2, may be supplied to a reactor filled with another catalyst described later, or may be discharged. The path of the water vapor separated by the third separation device 6 is not shown.
第3分離装置6としては、例えば、ゼオライト、シリカ、および/または、炭素で構成される多孔質膜(フィルター)が挙げられる。より具体的には、メタンの分子径(0.38nm)より、やや小さい孔を有する多孔質膜を用い、メタンの分子径以上の分子径を有する短鎖パラフィンと、メタンの分子径より小さい分子径を有する未反応ガスおよび水蒸気とを分離する。 The third separation device 6 may be, for example, a porous membrane (filter) made of zeolite, silica, and/or carbon. More specifically, a porous membrane with pores slightly smaller than the molecular diameter of methane (0.38 nm) is used to separate short-chain paraffins with molecular diameters equal to or larger than that of methane, and unreacted gas and water vapor with molecular diameters smaller than that of methane.
第3分離装置6を介することにより、短鎖パラフィン合成装置2から排出された反応生成物中の、H2Oを高温のまま、分離できるため、冷却装置3によって、冷却するエネルギーを削減することができる。 By passing the reaction product discharged from the short-chain paraffin synthesis unit 2 through the third separation unit 6, H 2 O in the reaction product can be separated while still at a high temperature, so that the energy required for cooling by the cooling unit 3 can be reduced.
冷却装置3は、短鎖パラフィン合成装置2の下流側に位置し、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物を、冷却する装置である。第1ライン11を介して供給された、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物が、冷却装置3によって、冷却されると、反応生成物中の水蒸気としてのH2Oが、凝縮し、水となる。そして、H2Oを水として含む液体と、短鎖パラフィンを含む気体とを含む反応生成物は、第2ライン12を介して、第1分離装置4に供給される。 The cooling device 3 is located downstream of the short-chain paraffin synthesis device 2, and is a device for cooling the reaction product containing the main product short-chain paraffin and the by-product H 2 O. When the reaction product containing the main product short-chain paraffin and the by-product H 2 O supplied via the first line 11 is cooled by the cooling device 3, the H 2 O as water vapor in the reaction product is condensed to water. Then, the reaction product containing a liquid containing H 2 O as water and a gas containing short-chain paraffin is supplied to the first separation device 4 via the second line 12.
冷却装置3では、冷媒として、例えば、冷却用の水およびブライン液が挙げられる。また、例えば、原料ガス供給ライン10より供給されるCOおよび/またはCO2と水素とを含む混合ガスを冷媒として使用し、熱交換させてもよい。 In the cooling device 3, examples of the refrigerant include water for cooling and a brine liquid. In addition, for example, a mixed gas containing CO and/or CO2 and hydrogen supplied from the raw material gas supply line 10 may be used as the refrigerant for heat exchange.
第2ライン12は、冷却装置3と第1分離装置4との間に位置し、一端が冷却装置3に接続され、他端が第1分離装置4に接続される配管である。より具体的には、第2ライン12は、冷却装置3から、H2Oを水として含む液体と、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体とを含む反応生成物を、第1分離装置4に供給する。 The second line 12 is a pipe located between the cooling device 3 and the first separation device 4, one end of which is connected to the cooling device 3 and the other end of which is connected to the first separation device 4. More specifically, the second line 12 supplies the reaction product from the cooling device 3 to the first separation device 4, the reaction product including a liquid containing H 2 O as water and a gas containing short-chain paraffin and unreacted gas.
第1分離装置4は、冷却装置3の下流側に位置し、H2Oを水として含む液体と、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体とを含む反応生成物を、液体と気体とに分離する装置である。第2ライン12を介して供給された、H2Oを水として含む液体と、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体とを含む反応生成物は、第1分離装置4により、液体と気体とに分離され、液体は、排水ライン14から回収され、気体は、第3ライン13を介して、第2分離装置5に供給される。 The first separation device 4 is located downstream of the cooling device 3 and separates the reaction product, which contains a liquid containing H 2 O as water and a gas containing short-chain paraffins and unreacted gas, into liquid and gas. The reaction product, which is supplied via the second line 12 and contains a liquid containing H 2 O as water and a gas containing short-chain paraffins and unreacted gas, is separated into liquid and gas by the first separation device 4, the liquid is recovered from the drainage line 14, and the gas is supplied to the second separation device 5 via the third line 13.
第1分離装置4としては、例えば、公知の蒸留装置、および、抽出装置が挙げられる。 Examples of the first separation device 4 include a known distillation device and an extraction device.
排水ライン14は、一端が第1分離装置4に接続され、第1分離装置4により分離された、H2Oを水として含む液体を回収する配管である。 The drain line 14 is a pipe connected at one end to the first separation device 4 and used to recover the liquid separated by the first separation device 4 and containing H 2 O as water.
第3ライン13は、第1分離装置4と第2分離装置5との間に位置し、一端が第1分離装置4に接続され、他端が第2分離装置5に接続される配管である。より具体的には、第3ライン13は、第1分離装置4から、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体を、第2分離装置5に供給する。 The third line 13 is a pipe located between the first separation device 4 and the second separation device 5, with one end connected to the first separation device 4 and the other end connected to the second separation device 5. More specifically, the third line 13 supplies gas containing short-chain paraffins and unreacted gas from the first separation device 4 to the second separation device 5.
第2分離装置5は、第1分離装置4の下流側に位置し、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体を、短鎖パラフィンおよび未反応ガスに分離する装置である。第3ライン13を介して供給された、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体は、第2分離装置5により、短鎖パラフィンおよび未反応ガスに分離され、短鎖パラフィンは、短鎖パラフィン排出ライン15から回収され、未反応ガスは、必要に応じて、循環ライン16を介して、短鎖パラフィン合成装置2に再度供給される。 The second separation device 5 is located downstream of the first separation device 4 and separates the gas containing short-chain paraffins and unreacted gas into short-chain paraffins and unreacted gas. The gas containing short-chain paraffins and unreacted gas supplied via the third line 13 is separated into short-chain paraffins and unreacted gas by the second separation device 5, the short-chain paraffins are recovered from the short-chain paraffin discharge line 15, and the unreacted gas is supplied again to the short-chain paraffin synthesis device 2 via the circulation line 16 as necessary.
第2分離装置5としては、例えば、公知の蒸留装置、および、抽出装置が挙げられる。 Examples of the second separation device 5 include a known distillation device and an extraction device.
短鎖パラフィン排出ライン15は、一端が第2分離装置5に接続され、第2分離装置5により分離された、短鎖パラフィンを回収する配管である。 The short-chain paraffin discharge line 15 is a pipe connected at one end to the second separation device 5 and used to recover the short-chain paraffin separated by the second separation device 5.
循環ライン16は、一端が第2分離装置5に接続され、他端が短鎖パラフィン合成装置2に接続される配管である。なお、他端は、原料ガス供給ライン10に接続されていてもよい。より具体的には、循環ライン16は、第2分離装置5から、未反応ガスを、短鎖パラフィン合成装置2に再度供給する。 The circulation line 16 is a pipe having one end connected to the second separation device 5 and the other end connected to the short-chain paraffin synthesis device 2. The other end may be connected to the raw material gas supply line 10. More specifically, the circulation line 16 supplies the unreacted gas from the second separation device 5 again to the short-chain paraffin synthesis device 2.
4.短鎖パラフィン製造方法
次いで、上記の短鎖パラフィン合成システム1を用いた、本発明の短鎖パラフィンの製造方法の一実施形態について説明する。
4. Short-Chain Paraffin Production Method Next, an embodiment of the short-chain paraffin production method of the present invention using the above-mentioned short-chain paraffin synthesis system 1 will be described.
短鎖パラフィンの製造方法としては、例えば、COおよび/またはCO2と水素とを、上記の短鎖パラフィン合成装置2に供給し、反応させて、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物を得る合成工程と、反応生成物を冷却し、短鎖パラフィンを含む気体とH2Oを水として含む液体とに分離する第1分離工程と、第1分離工程で分離した短鎖パラフィンを含む気体を、未反応ガスと短鎖パラフィンとに分離する第2分離工程とを備える。また、必要に応じて、合成工程後、第1分離工程前であって、反応生成物から、H2Oを水蒸気として分離する第3分離工程を備えてもよく、さらに、第2分離工程後であって、未反応ガスを、短鎖パラフィン合成装置2に再度供給する再供給工程を備えてもよい。 The method for producing short-chain paraffins includes, for example, a synthesis step of supplying CO and/or CO2 and hydrogen to the short-chain paraffin synthesis unit 2 and reacting them to obtain a reaction product containing short-chain paraffins as a main product and H2O as a by-product, a first separation step of cooling the reaction product and separating it into a gas containing short-chain paraffins and a liquid containing H2O as water, and a second separation step of separating the gas containing short-chain paraffins separated in the first separation step into unreacted gas and short-chain paraffins. If necessary, the method may include a third separation step after the synthesis step and before the first separation step of separating H2O as water vapor from the reaction product, and may further include a re-supply step after the second separation step of re-supplying the unreacted gas to the short-chain paraffin synthesis unit 2.
<合成工程>
合成工程は、原料ガス供給ライン10から混合ガスを、短鎖パラフィン合成装置2に供給し、反応させて、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物を得る工程である。
<Synthesis process>
The synthesis step is a step in which a mixed gas is supplied from a raw gas supply line 10 to the short-chain paraffin synthesis device 2 and reacted to obtain a reaction product containing short-chain paraffin as a main product and H 2 O as a by-product.
短鎖パラフィン製造装置2により炭素数1~4の短鎖パラフィンを製造するには、短鎖パラフィン合成触媒を、混合ガスに接触させる。 To produce short-chain paraffins with carbon numbers of 1 to 4 using the short-chain paraffin production device 2, a short-chain paraffin synthesis catalyst is brought into contact with the mixed gas.
より具体的には、短鎖パラフィン合成触媒を、上記した充填方法で、反応器に充填した後、その反応器を、常圧下において、下記の反応温度に維持し、混合ガスを反応器に供給する。 More specifically, after the short-chain paraffin synthesis catalyst is loaded into the reactor using the loading method described above, the reactor is maintained at the reaction temperature described below under normal pressure, and the mixed gas is supplied to the reactor.
反応温度は、例えば、100℃以上、好ましくは、150℃以上、また、例えば、500℃以下、好ましくは、450℃以下である。 The reaction temperature is, for example, 100°C or higher, preferably 150°C or higher, and, for example, 500°C or lower, preferably 450°C or lower.
短鎖パラフィン合成触媒として、Feを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を単独で使用する場合、反応温度は、例えば、200℃以上、好ましくは、300℃以上、より好ましくは、350℃以上、また、例えば、500℃以下、好ましくは、450℃以下である。 When a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Fe is used alone as the short-chain paraffin synthesis catalyst, the reaction temperature is, for example, 200°C or higher, preferably 300°C or higher, more preferably 350°C or higher, and, for example, 500°C or lower, preferably 450°C or lower.
短鎖パラフィン合成触媒として、Coを主成分とした短鎖パラフィン合成触媒を単独で使用する場合、反応温度は、例えば、100℃以上、好ましくは、150℃以上、また、例えば、400℃以下、好ましくは、300℃以下、より好ましくは、250℃以下である。 When a short-chain paraffin synthesis catalyst mainly composed of Co is used alone as the short-chain paraffin synthesis catalyst, the reaction temperature is, for example, 100°C or higher, preferably 150°C or higher, and, for example, 400°C or lower, preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower.
混合ガスがCO2および水素ガスを含有する場合、CO2と水素ガスとのモル比は、特に限定されず、例えば、1:4である。また、混合ガスがCOおよび水素ガスを含有する場合、COと水素ガスとのモル比は、特に限定されず、例えば、1:3である。 When the mixed gas contains CO2 and hydrogen gas, the molar ratio of CO2 to hydrogen gas is not particularly limited, and is, for example, 1: 4. When the mixed gas contains CO and hydrogen gas, the molar ratio of CO to hydrogen gas is not particularly limited, and is, for example, 1: 3.
また、混合ガスの流量は、短鎖パラフィン合成触媒1g当たり、例えば、30mL・min-1・g-1以上、好ましくは、50mL・min-1・g-1以上、また、例えば、500mL・min-1・g-1以下、好ましくは、100mL・min-1・g-1以下である。 The flow rate of the mixed gas is, per gram of the short-chain paraffin synthesis catalyst, for example, 30 mL·min −1 ·g −1 or more, preferably 50 mL·min −1 ·g −1 or more, and for example, 500 mL·min −1 ·g −1 or less, preferably 100 mL·min −1 ·g −1 or less.
このように、短鎖パラフィン合成触媒と混合ガスとを接触させると、担体が金属酸化物を担持している場合であっても、金属酸化物が、混合ガス中の水素によって還元されて、金属状態に還元される。 In this way, when the short-chain paraffin synthesis catalyst is brought into contact with the mixed gas, even if the carrier supports a metal oxide, the metal oxide is reduced to its metallic state by the hydrogen in the mixed gas.
そして、安定化ジルコニア担体の酸素空孔がCOおよび/またはCO2の酸素原子を引き付けるとともに、担体に担持される金属状態の活性金属が水素を引き付けるため、短鎖パラフィン合成触媒の表面上において、COおよび/またはCO2と水素とが効率よく反応して、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物が生成する。 Then, the oxygen vacancies in the stabilized zirconia carrier attract the oxygen atoms of CO and/or CO2 , and the active metal in a metallic state supported on the carrier attracts hydrogen, so that CO and/or CO2 react efficiently with hydrogen on the surface of the short-chain paraffin synthesis catalyst to produce reaction products containing short-chain paraffins as the main product and H2O as a by-product.
より具体的には、短鎖パラフィン合成触媒1g当たりの短鎖パラフィン収量は、例えば、0.010mmol・s-1・g-1以上、好ましくは、0.250mmol・s-1・g-1以上、さらに好ましくは、0.400mmol・s-1・g-1以上、とりわけ好ましくは、0.500mmol・s-1・g-1以上である。 More specifically, the short-chain paraffin yield per 1 g of the short-chain paraffin synthesis catalyst is, for example, 0.010 mmol·s −1 ·g −1 or more, preferably 0.250 mmol·s −1 ·g −1 or more, further preferably 0.400 mmol·s −1 ·g −1 or more, and particularly preferably 0.500 mmol·s −1 ·g −1 or more.
また、このような短鎖パラフィンの製造方法では、短鎖パラフィン合成触媒の表面に担持される金属状態の活性金属が、混合ガスの供給により、短鎖パラフィン合成触媒から剥離して離脱してしまう場合がある。この場合、その剥離部分から露出する安定化ジルコニア担体の活性金属イオンが還元されて金属状態となり、触媒活性点として作用する。 In addition, in such a method for producing short-chain paraffins, the active metal in a metallic state supported on the surface of the short-chain paraffin synthesis catalyst may peel off and become detached from the short-chain paraffin synthesis catalyst due to the supply of the mixed gas. In this case, the active metal ions of the stabilized zirconia support exposed from the peeled portion are reduced to a metallic state and act as catalytic active sites.
<第3分離工程>
第3分離工程は、合成工程後、第1分離工程前であって、合成工程により生成した反応生成物から、H2Oを水蒸気として分離する工程である。
<Third separation step>
The third separation step is performed after the synthesis step and before the first separation step, and is a step of separating H 2 O as water vapor from the reaction product produced in the synthesis step.
合成工程により生成した反応生成物は、第1ライン11の途中で、第3分離装置6を経由することで、H2Oを水蒸気として分離することができる。なお、第3分離装置6によって、H2Oが水蒸気として分離された後の反応生成物は、第1ライン11を介して、冷却装置3に供給される。 The reaction product produced in the synthesis process can be separated into H 2 O as water vapor by passing through the third separation device 6 midway through the first line 11. The reaction product after H 2 O has been separated into water vapor by the third separation device 6 is supplied to the cooling device 3 via the first line 11.
第3分離工程の方法としては、例えば、多孔質膜を用いた膜分離が挙げられる。 An example of a method for the third separation step is membrane separation using a porous membrane.
<第1分離工程>
第1分離工程は、合成工程により生成した主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物から、H2Oを水として取り除く工程である。
<First separation step>
The first separation step is a step of removing H 2 O as water from a reaction product containing short-chain paraffins as the main product and H 2 O as the by-product produced in the synthesis step.
合成工程により生成した主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oとを含む反応生成物は、第1ライン11を介して、冷却装置3に供給され、冷却される。 The reaction product, which contains short-chain paraffins as the main product and H 2 O as the by-product produced in the synthesis step, is supplied to the cooling device 3 via a first line 11 and cooled.
冷却前の反応生成物の温度としては、例えば、100℃以上、好ましくは、120℃以上、また、例えば、400℃以下、好ましくは、380℃以下である。 The temperature of the reaction product before cooling is, for example, 100°C or more, preferably 120°C or more, and, for example, 400°C or less, preferably 380°C or less.
生成された反応生成物を冷却することで、水蒸気としてのH2Oが凝縮し、水が生成する。 By cooling the generated reaction product, the H 2 O vapor is condensed to generate water.
冷却装置における冷却温度としては、例えば、25℃以上、好ましくは、85℃以上、また、例えば、150℃以下、好ましくは、100℃以下である。 The cooling temperature in the cooling device is, for example, 25°C or higher, preferably 85°C or higher, and, for example, 150°C or lower, preferably 100°C or lower.
つまり、冷却後の反応生成物の温度としては、例えば、20℃以上、好ましくは、30℃以上、また、例えば、100℃以下、好ましくは、80℃以下である。 That is, the temperature of the reaction product after cooling is, for example, 20°C or higher, preferably 30°C or higher, and, for example, 100°C or lower, preferably 80°C or lower.
なお、冷却装置における圧力は、上記した冷却後の反応生成物の温度おいて、水蒸気としてのH2Oが、液体(水)で存在する圧力であれば、特に限定されない。 The pressure in the cooling device is not particularly limited as long as it is a pressure at which H 2 O as water vapor exists in the form of liquid (water) at the temperature of the reaction product after cooling described above.
次いで、冷却により凝縮したH2Oを水として取り除く。より具体的には、冷却装置3から、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体と、H2Oを水として含む液体とを含む反応生成物が、第2ライン12を介して、第1分離装置4に供給され、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体と、H2Oを水として含む液体とが分離される。分離された、H2Oを水として含む液体は、排水ライン14から回収される。 Next, H 2 O condensed by cooling is removed as water. More specifically, the reaction product containing a gas containing short-chain paraffins and unreacted gas and a liquid containing H 2 O as water is supplied from the cooling device 3 to the first separation device 4 via the second line 12, and the gas containing short-chain paraffins and unreacted gas and the liquid containing H 2 O as water are separated. The separated liquid containing H 2 O as water is recovered from the drainage line 14.
第1分離工程の分離方法としては、特に限定されず、公知の方法が挙げられる。公知の分離方法としては、例えば、蒸留、および、抽出が挙げられる。 The separation method for the first separation step is not particularly limited, and may be any known method. Known separation methods include, for example, distillation and extraction.
<第2分離工程>
第2分離工程は、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体を、短鎖パラフィンと未反応ガスとに分離する工程である。より具体的には、第1分離装置4によって分離された、短鎖パラフィンおよび未反応ガスを含む気体が、第3ライン13を介して、第2分離装置5に供給され、短鎖パラフィンと未反応ガスとに分離する。分離された、短鎖パラフィンは、短鎖パラフィン排出ライン15から回収される。
<Second separation step>
The second separation step is a step of separating the gas containing short-chain paraffins and unreacted gas into the short-chain paraffins and the unreacted gas. More specifically, the gas containing short-chain paraffins and unreacted gas separated by the first separation device 4 is supplied to the second separation device 5 via the third line 13, and separated into the short-chain paraffins and the unreacted gas. The separated short-chain paraffins are recovered from the short-chain paraffin discharge line 15.
第2分離工程の分離方法としては、特に限定されず、公知の方法が挙げられる。公知の分離方法としては、例えば、蒸留、および、抽出が挙げられる。また、ラボスケールであれば、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィーも挙げられる。 The separation method for the second separation step is not particularly limited, and may be any known method. Examples of known separation methods include distillation and extraction. In addition, if it is a laboratory scale method, gel filtration chromatography may also be used.
<再供給工程>
再供給工程は、第2分離工程後であって、第2分離工程によって分離した未反応ガスを、短鎖パラフィン合成装置2に再度供給する工程である。より具体的には、第2分離装置5によって分離された、未反応ガスが、循環ライン16を介して、短鎖パラフィン合成装置2に再度供給される。なお、上述したように、未反応ガスは、循環ライン16から直接短鎖パラフィン合成装置2に供給してもよく、原料ガス供給ライン10を介して、短鎖パラフィン合成装置2に供給してもよい。
<Resupply process>
The re-supply step is a step that occurs after the second separation step, and is for re-supplying the unreacted gas separated by the second separation step to the short chain paraffin synthesis unit 2. More specifically, the unreacted gas separated by the second separation unit 5 is re-supplied to the short chain paraffin synthesis unit 2 via the circulation line 16. As described above, the unreacted gas may be directly supplied to the short chain paraffin synthesis unit 2 from the circulation line 16, or may be supplied to the short chain paraffin synthesis unit 2 via the raw material gas supply line 10.
未反応ガスを、短鎖パラフィン合成装置2に再度供給することで、反応原料として、再利用が可能である。 The unreacted gas can be reused as a reaction raw material by supplying it again to the short-chain paraffin synthesis unit 2.
未反応ガスは、必要に応じて、コンプレッサーなどを用いて、昇圧し、短鎖パラフィン合成装置2に供給することができる。 If necessary, the unreacted gas can be pressurized using a compressor or the like and supplied to the short-chain paraffin synthesis unit 2.
(変形例1)
上記した短鎖パラフィン合成システム1は、短鎖パラフィン合成装置2を単独で備えているが、短鎖パラフィン合成装置2を複数備えることもできる(変形例1の多段システム)。なお、変形例1の多段システムは、図示しない。
(Variation 1)
The above-described short-chain paraffin synthesis system 1 includes a single short-chain paraffin synthesis apparatus 2, but may include a plurality of short-chain paraffin synthesis apparatuses 2 (multi-stage system of modified example 1). Note that the multi-stage system of modified example 1 is not shown.
変形例1の多段システムとしては、短鎖パラフィン合成装置2を複数備えていれば、特に限定されない。具体的には、第2の短鎖パラフィン合成装置を第1分離装置4の下流側に備え、第1分離装置によって分離した短鎖パラフィンを含む気体を第2の短鎖パラフィン合成装置に供給するシステム、および、第2の短鎖パラフィン合成装置を第2分離装置5の下流側に備え、第2分離装置5によって分離した未反応ガスを、第2の短鎖パラフィン合成装置に供給するシステムが挙げられる。 The multi-stage system of the first modified example is not particularly limited as long as it has multiple short-chain paraffin synthesis units 2. Specifically, there are systems that have a second short-chain paraffin synthesis unit downstream of the first separation unit 4 and supply the gas containing short-chain paraffins separated by the first separation unit to the second short-chain paraffin synthesis unit, and systems that have a second short-chain paraffin synthesis unit downstream of the second separation unit 5 and supply the unreacted gas separated by the second separation unit 5 to the second short-chain paraffin synthesis unit.
また、短鎖パラフィン合成装置2を複数備える場合、上記した冷却装置3、第1分離装置4、第2分離装置5、および、第3分離装置6も、それぞれ複数備えてもよい。 In addition, when multiple short-chain paraffin synthesis devices 2 are provided, multiple cooling devices 3, first separation devices 4, second separation devices 5, and third separation devices 6 may also be provided.
(変形例2)
上記した短鎖パラフィン合成システム1は、短鎖パラフィン合成装置2を単独で備えているが、他の触媒を充填した反応装置を併用することができる(変形例2の多段システム)。なお、変形例2の多段システムは、図示しない。
(Variation 2)
The above-described short-chain paraffin synthesis system 1 includes the short-chain paraffin synthesis device 2 alone, but can also use a reaction device filled with another catalyst (multi-stage system of modified example 2). Note that the multi-stage system of modified example 2 is not shown.
他の触媒としては、例えば、特開2011-206770号公報、および、特開2013-119526号公報に記載のメタン化触媒が挙げられる。 Other catalysts include, for example, the methanation catalysts described in JP 2011-206770 A and JP 2013-119526 A.
変形例2の多段システムとしては、短鎖パラフィン合成装置2に加えて、他の触媒を充填した反応装置を備えていれば、特に限定されない。具体的には、他の触媒を充填した反応装置を第1分離装置4の下流側に備え、第1分離装置4によって分離した短鎖パラフィンを含む気体を、他の触媒を充填した反応装置に供給するシステム、および、他の触媒を充填した反応装置を第2分離装置5の下流側に備え、第2分離装置5によって分離した未反応ガスを、他の触媒を充填した反応装置に供給するシステムが挙げられる。 The multi-stage system of the second modification is not particularly limited as long as it includes a reactor filled with another catalyst in addition to the short-chain paraffin synthesis unit 2. Specifically, there are systems including a reactor filled with another catalyst downstream of the first separation unit 4, and a gas containing short-chain paraffins separated by the first separation unit 4, which is supplied to the reactor filled with another catalyst, and a system including a reactor filled with another catalyst downstream of the second separation unit 5, and a gas containing short-chain paraffins separated by the second separation unit 5, which is supplied to the reactor filled with another catalyst.
また、他の触媒を充填した反応装置を備える場合、上記した冷却装置3、第1分離装置4、第2分離装置5、および、第3分離装置6も別途備えてもよい。 In addition, when a reaction device filled with another catalyst is provided, the cooling device 3, the first separation device 4, the second separation device 5, and the third separation device 6 described above may also be provided separately.
(変形例3)
上記した短鎖パラフィン合成システム1は、複数の分離装置(第1分離装置4、および、第2分離装置5、さらに、必要に応じて、第3分離装置6)を備えているが、分離装置を単独で備えていてもよい(変形例3のシステム)。
(Variation 3)
The above-described short-chain paraffin synthesis system 1 includes a plurality of separation devices (the first separation device 4, the second separation device 5, and further, if necessary, the third separation device 6), but may include a single separation device (the system of the modified example 3).
変形例3のシステムとしては、例えば、短鎖パラフィン合成装置2と第3分離装置6のみを備えるシステムが挙げられる。短鎖パラフィン合成装置2により生成した、主生成物である短鎖パラフィンと副生成物であるH2Oを含む反応生成物を、第3分離装置6に供給し、第3分離装置により、短鎖パラフィンと短鎖パラフィン以外とに分離し、短鎖パラフィンを回収することができる。 An example of the system of the third modification is a system including only the short chain paraffin synthesis apparatus 2 and the third separation apparatus 6. The reaction product generated by the short chain paraffin synthesis apparatus 2, which contains the short chain paraffin as the main product and H 2 O as the by-product, is supplied to the third separation apparatus 6, and the reaction product is separated into short chain paraffin and non-short chain paraffin by the third separation apparatus, and the short chain paraffin can be recovered.
変形例3において、第3分離装置6として、例えば、ゼオライト、シリカ、および/または、炭素で構成される多孔質膜(フィルター)を用いることができる。この場合、メタンの分子径(0.38nm)より、やや小さい孔を有する多孔質膜を用いると、メタンの分子径以上の分子径を有する短鎖パラフィンと、メタンの分子径より小さい分子径を有する未反応ガスおよび水蒸気とを分離することができる。また、メタンの分子径より、やや大きく、エタンの分子径より、やや小さい孔を有する多孔質膜を用いると、エタンの分子径以上の分子径を有する短鎖パラフィンと、エタンの分子径より小さい分子径を有するメタン、未反応ガスおよび水蒸気とを分離することができる。 In the third modification, the third separation device 6 can be, for example, a porous membrane (filter) made of zeolite, silica, and/or carbon. In this case, if a porous membrane with pores slightly smaller than the molecular diameter of methane (0.38 nm) is used, short-chain paraffins with molecular diameters equal to or larger than the molecular diameter of methane and unreacted gas and water vapor with molecular diameters smaller than the molecular diameter of methane can be separated. In addition, if a porous membrane with pores slightly larger than the molecular diameter of methane and slightly smaller than the molecular diameter of ethane is used, short-chain paraffins with molecular diameters equal to or larger than the molecular diameter of ethane and methane, unreacted gas, and water vapor with molecular diameters smaller than the molecular diameter of ethane can be separated.
メタンの分子径より、やや大きく、エタンの分子径より、やや小さい孔を有する多孔質膜を用いた場合において、短鎖パラフィン(メタンを除く)と分離された、メタン、未反応ガスおよび水蒸気を、別途、メタンを分解する装置に供給することで、メタンをCOおよび/またはCO2と水素とに分解することができ、短鎖パラフィンの合成に再利用することができる。これによって、メタン以外の短鎖パラフィンの割合を高めることができる。 When a porous membrane having pores slightly larger than the molecular diameter of methane and slightly smaller than the molecular diameter of ethane is used, the methane, unreacted gas and steam separated from the short-chain paraffins (excluding methane) can be supplied to a separate device for decomposing methane, whereby the methane can be decomposed into CO and/or CO2 and hydrogen, and can be reused for the synthesis of short-chain paraffins. This allows the proportion of short-chain paraffins other than methane to be increased.
<作用効果>
本発明の短鎖パラフィン合成触媒は、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、炭素数1~4の短鎖パラフィンを製造するための短鎖パラフィン合成触媒であって、担体と活性金属とを備え、担体は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含み、安定化元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ca、および、Mgからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、活性金属は、Feおよび/またはCoを含み、活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%超過である。そのため、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、メタンと、エタンと、プロパンと、ブタンとを製造することができ、炭素数1~4の短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和の体積割合は、1体積%以上、好ましくは、2体積%以上、より好ましくは、3体積%以上である。
<Action and effect>
The short-chain paraffin synthesis catalyst of the present invention is a short-chain paraffin synthesis catalyst for producing short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms by reacting CO and/or CO2 with hydrogen, and includes a support and an active metal, the support includes a stabilized zirconia support having a tetragonal and/or cubic crystal structure in which a stabilizing element is solid-dissolved, the stabilizing element is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ca, and Mg, the active metal includes Fe and/or Co, and the atomic ratio of Fe and/or Co to the total amount of the active metals exceeds 50 atomic %. Therefore, methane, ethane, propane, and butane can be produced by reacting CO and/or CO2 with hydrogen, and the volume ratio of the total of ethane, propane, and butane to the total of short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms is 1 vol% or more, preferably 2 vol% or more, and more preferably 3 vol% or more.
より具体的には、本発明の短鎖パラフィン合成触媒は、担体として、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含む。安定化ジルコニア担体の酸素空孔がCOおよび/またはCO2の酸素原子を引き付けるとともに、安定化ジルコニア担体に担持される金属状態の活性金属が水素を引き付けるため、短鎖パラフィン合成触媒の表面上において、COおよび/またはCO2と水素とが効率よく反応して、メタンと、エタンと、プロパンと、ブタンとを製造することができ、炭素数1~4の短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和の体積割合は、1体積%以上である。 More specifically, the short-chain paraffin synthesis catalyst of the present invention includes a stabilized zirconia carrier having a tetragonal and/or cubic crystal structure as a carrier. The oxygen vacancies of the stabilized zirconia carrier attract oxygen atoms of CO and/or CO2 , and the active metal in a metallic state supported on the stabilized zirconia carrier attracts hydrogen, so that CO and/or CO2 react with hydrogen efficiently on the surface of the short-chain paraffin synthesis catalyst to produce methane, ethane, propane, and butane, and the volume ratio of the total of ethane, propane, and butane to the total of short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms is 1 volume % or more.
また、本発明の短鎖パラフィン合成触媒は、活性金属を含み、活性金属は、Feおよび/またはCoを含み、活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%超過である。そのため、CO2からCOを生成し、さらに、COから、メタンと、エタンと、プロパンと、ブタンとを製造することができ、炭素数1~4の短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和の体積割合は、1体積%以上である。 The short-chain paraffin synthesis catalyst of the present invention contains an active metal, the active metal contains Fe and/or Co, and the atomic ratio of Fe and/or Co to the total of the active metals is more than 50 atomic %. Therefore, CO2 is produced, and further, methane, ethane, propane, and butane can be produced from CO, and the volume ratio of the total of ethane, propane, and butane to the total of the short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms is 1 volume % or more.
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合量(含有量)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合量(含有量)、物性値、パラメータなど該当記載の上限(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples. Note that the present invention is in no way limited to the examples and comparative examples. Furthermore, the specific numerical values of the compounding amounts (contents), physical property values, parameters, etc. used in the following description can be replaced with the upper limit (a numerical value defined as "equal to or less than") or lower limit (a numerical value defined as "equal to or more than" or "exceeding") of the corresponding compounding amounts (contents), physical property values, parameters, etc. described in the above "Form for carrying out the invention."
<短鎖パラフィン合成触媒の調製>
実施例1
ジルコニアヒドロゾル「ZSL-10A」(第一稀元素化学工業製、Zr:10質量パーセント、pH=7.2)を100g取り、表1に示す処方の原子%に応じて、各原料の硝酸塩(富士フィルム和光純薬製、純度99%以上)を混合した。ジルコニアヒドロゾルと、各原料の硝酸塩との混合物を、SiC製るつぼ中で混合し、均一なスラリーを得た。スラリーをマッフル炉の中に入れ、170℃で2時間加熱乾燥し、余剰の水分を揮発させたハードスラリーを作製した。さらに、ハードスラリーをマッフル炉に入れた状態で、マッフル炉の温度を20℃/minの条件で650℃まで昇温し、ハードスラリーを650℃で4時間焼成した。焼成後に得られた灰黒色のバルク状酸化物を、乳鉢ですりつぶし、目開き75μmのふるいにかけ、微粉体状短鎖パラフィン合成触媒前駆体を得た。
<Preparation of short-chain paraffin synthesis catalyst>
Example 1
100 g of zirconia hydrosol "ZSL-10A" (manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo, Zr: 10 mass percent, pH = 7.2) was taken, and nitrates of each raw material (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, purity 99% or more) were mixed according to the atomic percentage of the formulation shown in Table 1. A mixture of zirconia hydrosol and nitrates of each raw material was mixed in a SiC crucible to obtain a uniform slurry. The slurry was placed in a muffle furnace and heated and dried at 170 ° C. for 2 hours to produce a hard slurry in which excess moisture was evaporated. Furthermore, with the hard slurry placed in the muffle furnace, the temperature of the muffle furnace was raised to 650 ° C. under the condition of 20 ° C. / min, and the hard slurry was fired at 650 ° C. for 4 hours. The gray-black bulk oxide obtained after firing was ground in a mortar and sieved with a 75 μm mesh to obtain a fine powder short-chain paraffin synthesis catalyst precursor.
1/2インチのSUS製チューブに0.5gのグラスウールを所定量敷き詰め、その上に微粉体状短鎖パラフィン合成触媒前駆体を充填し、チューブの周囲を管状炉で囲った。チューブ内に充填された微粉体状短鎖パラフィン合成触媒前駆体の温度が、400℃以上となるように炉の温度を調整した。温度が400℃以上になったのち、チューブの上部から水素を500mL/minの流量で4時間連続的に供給し、微粉体状短鎖パラフィン合成触媒前駆体を活性化させ、短鎖パラフィン合成触媒を得た。次いで、水素の供給を止め、室温程度まで短鎖パラフィン合成触媒の温度を下げ、窒素を100mL/minの流量で1時間流し、別のポートから空気を、空気窒素比が1/20となるように5mL/minの流量で供給し、窒素と空気との混合ガスを合計105mL/minの流量で30分流し続けた。さらに、空気の流量を10mL/minまで供給量を上げ、混合ガスを連続して60分流し続けた。その際、短鎖パラフィン合成触媒の温度が一時的に約40~50℃前後まで上昇し、その後、室温まで戻ることを確認し、チューブから短鎖パラフィン合成触媒を得た。 A 1/2-inch SUS tube was filled with a predetermined amount of 0.5 g of glass wool, and the fine powder short-chain paraffin synthesis catalyst precursor was filled on top of it, and the tube was surrounded by a tubular furnace. The temperature of the furnace was adjusted so that the temperature of the fine powder short-chain paraffin synthesis catalyst precursor filled in the tube was 400°C or higher. After the temperature reached 400°C or higher, hydrogen was continuously supplied from the top of the tube at a flow rate of 500 mL/min for 4 hours to activate the fine powder short-chain paraffin synthesis catalyst precursor and obtain a short-chain paraffin synthesis catalyst. Next, the supply of hydrogen was stopped, the temperature of the short-chain paraffin synthesis catalyst was lowered to about room temperature, nitrogen was flowed at a flow rate of 100 mL/min for 1 hour, and air was supplied from another port at a flow rate of 5 mL/min so that the air-nitrogen ratio was 1/20, and the mixed gas of nitrogen and air was continued to flow at a total flow rate of 105 mL/min for 30 minutes. Furthermore, the air flow rate was increased to 10 mL/min, and the mixed gas was allowed to flow continuously for 60 minutes. During this time, it was confirmed that the temperature of the short-chain paraffin synthesis catalyst temporarily rose to around 40-50°C, then returned to room temperature, and the short-chain paraffin synthesis catalyst was obtained from the tube.
実施例2~9、および、比較例1~14
表1、表3の処方に基づいて、各原料の種類と、各原料の配合割合を変更した以外は、実施例1の短鎖パラフィン合成触媒と同様にして、各短鎖パラフィン合成触媒を調製した。
Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 14
Based on the formulations in Tables 1 and 3, each short-chain paraffin synthesis catalyst was prepared in the same manner as the short-chain paraffin synthesis catalyst of Example 1, except that the types of each raw material and the blending ratio of each raw material were changed.
実施例10、11
各原料の種類と、各原料の配合割合は、表1の処方に基づいて変更し、実施例1と均一なスラリーを得るまでの同様の工程とした。得られたスラリーにメソポーラスアルミナ「MCM-41」(Sigma-Aldrich製)粉末(ゼオライト)を、表1に示す、ゼオライト以外の触媒成分100質量部に対する、配合割合(質量部)に応じて加え、24時間攪拌したのち、さらに12時間静置させた。スラリーを、マッフル炉に入れ、170℃で1時間加熱し、一旦マッフル炉から取り出してガラス棒で再度攪拌した。その後、スラリーを再度マッフル炉に入れ、マッフル炉の温度を20℃/minの条件で650℃まで昇温し、ハードスラリーを650℃で4時間焼成した。その後の工程は、実施例1の短鎖パラフィン合成触媒と同様にして、各短鎖パラフィン合成触媒を調製した。
Examples 10 and 11
The type of each raw material and the blending ratio of each raw material were changed based on the recipe in Table 1, and the process was the same as in Example 1 until a uniform slurry was obtained. Mesoporous alumina "MCM-41" (Sigma-Aldrich) powder (zeolite) was added to the obtained slurry according to the blending ratio (parts by mass) relative to 100 parts by mass of the catalyst components other than zeolite shown in Table 1, and after stirring for 24 hours, it was left to stand for another 12 hours. The slurry was placed in a muffle furnace and heated at 170°C for 1 hour, once removed from the muffle furnace and stirred again with a glass rod. Thereafter, the slurry was placed in the muffle furnace again, the temperature of the muffle furnace was raised to 650°C at a condition of 20°C/min, and the hard slurry was fired at 650°C for 4 hours. The subsequent process was the same as that of the short-chain paraffin synthesis catalyst in Example 1 to prepare each short-chain paraffin synthesis catalyst.
実施例12~27
ジルコニアヒドロゾル「ZSL-10A」を100g取り、シリカゾル「スノーテックスOS」(日産化学工業社製、SiO2:20質量パーセント、pH=4.0)、アルミナゾル「AS-520A」(日産化学工業社製、Al2O3:20質量パーセント、pH=4.0)、チタニアゾル「タイノックAM-15、多木化学社製、TiO2:15質量パーセント、pH=4.0)のいずれかを、表2に示す処方の原子割合に応じて加え、最初に混合させたのち、実施例1の短鎖パラフィン合成触媒と同様にして、各短鎖パラフィン合成触媒を調製した。なお、各原料の種類と、各原料の配合割合は、表2の処方に基づいて変更した。
Examples 12 to 27
100 g of zirconia hydrosol "ZSL-10A" was taken, and either silica sol "Snowtex OS" (Nissan Chemical Industries, Ltd., SiO 2 : 20 mass percent, pH = 4.0), alumina sol "AS-520A" (Nissan Chemical Industries, Ltd., Al 2 O 3 : 20 mass percent, pH = 4.0), or titania sol "Tainoc AM-15, Taki Chemical Industries, Ltd., TiO 2 : 15 mass percent, pH = 4.0) was added according to the atomic ratio of the recipe shown in Table 2, and after initial mixing, each short-chain paraffin synthesis catalyst was prepared in the same manner as the short-chain paraffin synthesis catalyst of Example 1. Note that the type of each raw material and the mixing ratio of each raw material were changed based on the recipe in Table 2.
<評価>
[短鎖パラフィンの製造]
3/8インチのチューブで作製された全長10cmの小型反応器の中に、0.5gのグラスウールを管の下端側に敷き詰め、その上に、各実施例および各比較例の短鎖パラフィン合成触媒3gを静かに充填した。反応器の周囲に管状炉を配置し、反応器内の触媒温度が各実施例または各比較例の反応温度になるまで加温した。所定の温度に到達したのち、前処理として、水素を156mL/minで2時間流した。その後、水素156mL/minの供給のまま、校正ガスとして窒素を5mL/min、反応原料としてCO2ガスを39mL/minの条件で追加するように供給し、さらに、反応器入口の圧力が0.98 MPaGになるように調整し、4L/g_cat・hの条件下で反応を開始した。反応開始後、14時間連続で運転し、一定間隔で反応器出口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィ(Agilent マイクロGC990)を用いて、組成を分析した。表1~7に14時間後の反応器出口のガス中における短鎖パラフィンの酸化物の組成比と、反応前後におけるCO2転換率を示した。転換率は、下記の式に基づいて算出した。
<Evaluation>
[Production of short-chain paraffins]
In a small reactor with a total length of 10 cm made of a 3/8 inch tube, 0.5 g of glass wool was laid on the lower end side of the tube, and 3 g of the short-chain paraffin synthesis catalyst of each Example and each Comparative Example was gently filled on top of it. A tubular furnace was placed around the reactor, and the catalyst temperature in the reactor was heated until it reached the reaction temperature of each Example or each Comparative Example. After reaching a predetermined temperature, hydrogen was flowed at 156 mL/min for 2 hours as a pretreatment. Thereafter, while hydrogen was supplied at 156 mL/min, nitrogen was supplied as a calibration gas at 5 mL/min and CO2 gas was supplied as a reaction raw material at 39 mL/min. Furthermore, the pressure at the reactor inlet was adjusted to 0.98 MPaG, and the reaction was started under the condition of 4 L/g_cat·h. After the reaction started, the reaction was continued for 14 hours, and the gas at the reactor outlet was sampled at regular intervals and the composition was analyzed using a gas chromatograph (Agilent Micro GC990). Tables 1 to 7 show the composition ratio of short-chain paraffin oxides in the gas at the reactor outlet after 14 hours and the CO2 conversion rates before and after the reaction. The conversion rates were calculated based on the following formula.
CO2転換率(%)=(短鎖パラフィンの体積+一酸化炭素の体積)/原料CO2の体積 CO2 conversion rate (%) = (volume of short chain paraffins + volume of carbon monoxide) / volume of raw CO2
<考察>
実施例1~27では、担体と、活性金属とを備え、担体は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含み、安定化元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ca、および、Mgからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、活性金属は、Feおよび/またはCoを含み、活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%超過である。そのため、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、炭素数1~4の短鎖パラフィンを製造でき、比較例と比べて、炭素数2~4の短鎖パラフィンの割合が高く、具体的には、炭素数1~4の短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和の体積割合は、3体積%以上であり、最大29.7体積%である。
<Considerations>
In Examples 1 to 27, the carrier includes a stabilized zirconia carrier having a tetragonal and/or cubic crystal structure in which a stabilizing element is dissolved, the stabilizing element being at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ca, and Mg, the active metal includes Fe and/or Co, and the atomic ratio of Fe and/or Co to the total of the active metals is more than 50 atomic %. Therefore, short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms can be produced by reacting CO and/or CO 2 with hydrogen, and the ratio of short-chain paraffins having 2 to 4 carbon atoms is higher than that of the comparative example, specifically, the volume ratio of the total of ethane, propane, and butane to the total of the short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms is 3 volume % or more, and is up to 29.7 volume %.
比較例1~14では、担体と、活性金属とを備え、担体は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含み、安定化元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ca、および、Mgからなる群より選択される少なくとも一つの元素であるが、活性金属が、Feおよび/またはCoを含まない、または、活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%以下である。そのため、比較例1~4、6、7、および、9~14では、COおよび/またはCO2を水素と反応させて、プロパン、および/または、ブタンを製造できず、また、比較例1~14では、実施例と比べて、炭素数2~4の短鎖パラフィンの割合が低く、具体的には、炭素数1~4の短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和の体積割合は、0.8体積%以下である。 In Comparative Examples 1 to 14, the carrier includes a stabilized zirconia carrier having a tetragonal and/or cubic crystal structure in which a stabilizing element is dissolved, and the stabilizing element is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ca, and Mg, but the active metal does not include Fe and/or Co, or the atomic ratio of Fe and/or Co to the total of the active metal is 50 atomic % or less. Therefore, in Comparative Examples 1 to 4, 6, 7, and 9 to 14, it is not possible to produce propane and/or butane by reacting CO and/or CO 2 with hydrogen, and in Comparative Examples 1 to 14, the ratio of short-chain paraffins having 2 to 4 carbon atoms is lower than in the Examples, and specifically, the volume ratio of the total of ethane, propane, and butane to the total of short-chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms is 0.8 volume % or less.
1 短鎖パラフィン合成システム
2 短鎖パラフィン合成装置
3 冷却装置
4 第1分離装置
5 第2分離装置
6 第3分離装置
10 原料ガス供給ライン
11 第1ライン
12 第2ライン
13 第3ライン
14 排水ライン
15 短鎖パラフィン排出ライン
16 循環ライン
REFERENCE SIGNS LIST 1 Short-chain paraffin synthesis system 2 Short-chain paraffin synthesis device 3 Cooling device 4 First separation device 5 Second separation device 6 Third separation device 10 Raw material gas supply line 11 First line 12 Second line 13 Third line 14 Drainage line 15 Short-chain paraffin discharge line 16 Circulation line
Claims (10)
担体と、
活性金属と
を備え、
前記担体は、安定化元素が固溶し、正方晶系および/または立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体を含み、
前記安定化元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ca、および、Mgからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、
前記活性金属は、Feおよび/またはCoを含み、
前記活性金属の総和に対して、Feおよび/またはCoの原子割合が、50原子%超過である、短鎖パラフィン合成触媒。 A short chain paraffin synthesis catalyst for producing short chain paraffins having 1 to 4 carbon atoms by reacting CO and/or CO2 with hydrogen,
A carrier;
and an active metal;
The support includes a stabilized zirconia support having a stabilizing element dissolved therein and a tetragonal and/or cubic crystal structure,
The stabilizing element is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ca, and Mg;
The active metal comprises Fe and/or Co;
A short-chain paraffin synthesis catalyst, wherein the atomic ratio of Fe and/or Co to the total amount of the active metals is more than 50 atomic %.
Zrの原子割合が、0.40原子%以上、65.0原子%以下、
前記安定化元素の原子割合が、0.20原子%以上、35.0原子%以下、
Feおよび/またはCoの原子割合が、9.0原子%以上、99.4原子%以下である、請求項1に記載の短鎖パラフィン合成触媒。 With respect to the sum of Zr and the stabilizing element constituting the stabilized zirconia support and Fe and/or Co contained in the active metal,
The atomic ratio of Zr is 0.40 atomic % or more and 65.0 atomic % or less,
The atomic ratio of the stabilizing element is 0.20 atomic % or more and 35.0 atomic % or less,
2. The short-chain paraffin synthesis catalyst according to claim 1, wherein the atomic ratio of Fe and/or Co is 9.0 atomic % or more and 99.4 atomic % or less.
前記短鎖パラフィンの総和に対して、エタンと、プロパンと、ブタンとの総和が3体積%以上である、請求項1に記載の短鎖パラフィン合成触媒。 The short chain paraffins include methane, ethane, propane, and butane;
2. The short-chain paraffin synthesis catalyst according to claim 1, wherein the total amount of ethane, propane, and butane is 3% by volume or more based on the total amount of the short-chain paraffins.
前記反応生成物を冷却し、短鎖パラフィンを含む気体とH2Oを水として含む液体とに分離する第1分離工程と、
前記短鎖パラフィンを含む気体を、未反応ガスと短鎖パラフィンとに分離する第2分離工程と
を備える、短鎖パラフィン製造方法。 A synthesis step of supplying CO and/or CO2 and hydrogen to the short chain paraffin synthesis apparatus according to claim 7 and reacting them to obtain a reaction product containing short chain paraffin as a main product and H2O as a by-product;
A first separation step of cooling the reaction product and separating it into a gas containing short-chain paraffins and a liquid containing H 2 O as water;
a second separation step of separating the gas containing the short-chain paraffins into unreacted gas and the short-chain paraffins.
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