JP7636213B2 - CON ZEOLITE, PROCESS FOR PRODUCING CON ZEOLITE, AND PROCESS FOR PRODUCING LOWER OLEFINS - Google Patents
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Description
本発明はCON型ゼオライトに関し、より詳細には触媒として使用した際に、長寿命化を達成できるCON型ゼオライトに関する。また、当該ゼオライトを触媒として用いた低級オレフィンの製造方法に関する。 The present invention relates to CON-type zeolites, and more specifically to CON-type zeolites that can achieve a long life when used as a catalyst. The present invention also relates to a method for producing lower olefins using the zeolites as catalysts.
エチレン、プロピレン、ブテンといった低級オレフィンを製造する方法としては、従来からナフサのスチームクラッキングや減圧軽油の流動接触分解が一般的に実施されており、近年ではエチレンと2-ブテンを原料としたメタセシス反応やメタノールおよび/またはジメチルエーテルを原料としたMTO(メタノール to オレフィン)プロセスが知られている。 Conventionally, methods for producing lower olefins such as ethylene, propylene, and butene have commonly been used, such as steam cracking of naphtha and fluid catalytic cracking of vacuum diesel. In recent years, metathesis reactions using ethylene and 2-butene as raw materials and the MTO (methanol to olefins) process using methanol and/or dimethyl ether as raw materials have become well known.
例えば特許文献1に開示されているように、メタノールおよび/またはジメチルエーテルを原料として、CON型構造を有するゼオライト(CIT-1ゼオライト)を活性成分として含む触媒を使用することにより、プロピレンとブテンを高収率で製造することができ、更に、プロピレン製造時のエチレンの副生を抑制することができる。 For example, as disclosed in Patent Document 1, by using methanol and/or dimethyl ether as raw materials and a catalyst containing a zeolite having a CON structure (CIT-1 zeolite) as an active component, propylene and butene can be produced in high yields, and further, the by-production of ethylene during propylene production can be suppressed.
また、特許文献2には、長時間に亘って高い原料転化率を維持可能なCON型ゼオライト触媒として、Al27-MAS-NMR測定における信号強度が特定の範囲内であるCON型ゼオライトが提案されている。 Furthermore, Patent Document 2 proposes a CON-type zeolite having a signal intensity within a specific range in Al 27 -MAS-NMR measurement as a CON-type zeolite catalyst capable of maintaining a high raw material conversion rate over a long period of time.
また、例えば特許文献3、4や非特許文献1には、界面活性剤の存在下にpH制御媒体中で熱水処理することでゼオライトがメソ構造化し、原油の接触分解において原料転化率およびガソリン等の成分の選択率が高くなることが報告されている。しかしながら、CON型ゼオライトに適用すること、低級オレフィンの製造における触媒寿命については言及されていない。 For example, Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 1 report that zeolite is mesostructured by hot water treatment in a pH-controlled medium in the presence of a surfactant, which increases the feedstock conversion rate and the selectivity of components such as gasoline in the catalytic cracking of crude oil. However, there is no mention of its application to CON-type zeolites or the catalyst life in the production of lower olefins.
特許文献1、2では、高い収率で低級オレフィンを製造できることや、高い原料転化率を維持できることが開示されている。しかしながらCON型ゼオライトは、触媒としての寿命が必ずしも十分とはいえず、触媒再生のために頻繁に反応ガスと再生ガスを切り替える必要があった。
本発明は、上記課題を解決するものであり、触媒として長寿命化を達成できるCON型ゼオライトを提供することを課題とする。
Patent Documents 1 and 2 disclose that lower olefins can be produced at a high yield and that a high raw material conversion can be maintained. However, the life of CON zeolite as a catalyst is not necessarily sufficient, and it is necessary to frequently switch between reaction gas and regeneration gas for catalyst regeneration.
The present invention is devised to solve the above problems, and has an object to provide a CON-type zeolite that can achieve a long life as a catalyst.
本発明者らは上記課題を解決すべく検討を進め、CON型ゼオライトの外表面積(A1)に対するBET比表面積(A2)の割合を適切なものとすることで、触媒として長寿命化を達成できるCON型ゼオライトを提供することができることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors have conducted research to solve the above problems and have discovered that by optimizing the ratio of the BET specific surface area (A2) to the external surface area (A1) of CON zeolite, it is possible to provide a CON zeolite that can achieve a long life as a catalyst, thus completing the present invention.
本発明は、以下の要旨を含む。
[1]窒素吸脱着測定において、tプロットにより算出した外表面積(A1)に対する、BETプロットにより算出したBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が、10以下であり、且つ、BET比表面積(A2)が620m2/g以上である、CON型ゼオライト。
[2]窒素吸脱着測定において、tプロットにより算出した外表面積(A1)に対する、BETプロットにより算出したBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が7以下であり、且つ、BET比表面積(A2)が400m2/g以上である、CON型ゼオライト。
[3]構成元素としてケイ素(Si)とアルミニウム(Al)とを含有する[1]または[2]に記載のCON型ゼオライト。
[4]前記ケイ素(Si)とアルミニウム(Al)とのモル比(Si/Al)が10以上である、[3]に記載のCON型ゼオライト。
[5]CON型ゼオライトの製造方法であって、
CON型ゼオライトに対し、界面活性剤の存在下、アルカリ条件で処理するアルカリ処理工程を含むCON型ゼオライトの製造方法。
[6]CON型ゼオライトの製造方法であって、
ゼオライトの合成原料ゲルに界面活性剤を添加することを特徴とする、CON型ゼオライトの製造方法。
[7]低級オレフィンを生成する反応に用いられる触媒である、[1]~[4]のいずれかに記載のCON型ゼオライト。
[8]メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料に、[1]~[4]及び[7]のいずれかに記載のCON型ゼオライトを接触させる工程、を備える低級オレフィンの製造方法。
The present invention includes the following gist.
[1] A CON-type zeolite in which, in a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by BET plot to the external surface area (A1) calculated by t plot is 10 or less, and the BET specific surface area (A2) is 620 m 2 /g or more.
[2] A CON-type zeolite in which, in a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by BET plot to the external surface area (A1) calculated by t plot is 7 or less, and the BET specific surface area (A2) is 400 m 2 /g or more.
[3] The CON-type zeolite according to [1] or [2], which contains silicon (Si) and aluminum (Al) as constituent elements.
[4] The CON-type zeolite according to [3], wherein the molar ratio (Si/Al) of silicon (Si) to aluminum (Al) is 10 or more.
[5] A method for producing CON zeolite, comprising the steps of:
A method for producing CON type zeolite, comprising an alkali treatment step of treating CON type zeolite under alkaline conditions in the presence of a surfactant.
[6] A method for producing CON zeolite, comprising the steps of:
A method for producing CON-type zeolite, comprising adding a surfactant to a gel that is a raw material for synthesizing zeolite.
[7] The CON-type zeolite according to any one of [1] to [4], which is a catalyst used in a reaction for producing lower olefins.
[8] A method for producing lower olefins, comprising a step of contacting a raw material containing methanol and/or dimethyl ether with the CON-type zeolite according to any one of [1] to [4] and [7].
なお、本明細書において、低級オレフィンとは、エチレン、プロピレン及びブテンを意味する。言い換えれば炭素数2から4のオレフィンである。 In this specification, lower olefins refer to ethylene, propylene, and butene. In other words, olefins having 2 to 4 carbon atoms.
本発明によれば、触媒として長寿命化を達成できるCON型ゼオライトを提供することができる。また、触媒として長寿命化を達成できるCON型ゼオライトを製造する方法を提供することができる。更には、当該ゼオライトを触媒として用いた低級オレフィンの製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a CON-type zeolite that can achieve a long life as a catalyst. It is also possible to provide a method for producing a CON-type zeolite that can achieve a long life as a catalyst. Furthermore, it is also possible to provide a method for producing lower olefins using the zeolite as a catalyst.
以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The present invention will be described in detail below. However, the following description of the components is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents, and can be implemented in various modifications within the scope of the gist.
本発明の一実施形態はCON型ゼオライトであり、窒素吸脱着測定において、tプロットにより算出した外表面積(A1)に対する、BETプロットにより算出したBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が、10以下であり、且つ、BET比表面積(A2)が620m2/g以上である。
また、本発明の別の実施形態はCON型ゼオライトであり、窒素吸脱着測定において、tプロットにより算出した外表面積(A1)に対する、BETプロットにより算出したBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が7以下であり、且つ、BET比表面積(A2)が400m2/g以上である。
One embodiment of the present invention is a CON-type zeolite, in which, in a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by a BET plot to the external surface area (A1) calculated by a t plot is 10 or less, and the BET specific surface area (A2) is 620 m 2 /g or more.
Another embodiment of the present invention is a CON-type zeolite, in which, in a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by a BET plot to the external surface area (A1) calculated by a t plot is 7 or less, and the BET specific surface area (A2) is 400 m 2 /g or more.
CON型ゼオライトは、その構成単位として、2つの12員環構造と、1つの10員環構造が交差した形状を有する3次元細孔構造を有するゼオライトである。この12員環構造を有するCON型ゼオライトは、8員環構造のみで構成されるCHA型ゼオライトや、10員環構造のみで構成されるMFI型ゼオライトと比較して、反応生成物の細孔内拡散が有利となる。また、CON型ゼオライトは、12員環構造と10員環構造がジグザグに交差する構造をとり、3方向の細孔が1箇所で交差しないため、インターセクションのスペースが小さく、反応によるコークが生成しにくく、反応活性の顕著な低下を招きにくいと考えられ、触媒寿命が長いという利点がある。 CON-type zeolite is a zeolite with a three-dimensional pore structure in which two 12-membered ring structures and one 10-membered ring structure intersect as its constituent units. Compared with CHA-type zeolite, which is composed of only 8-membered ring structures, and MFI-type zeolite, which is composed of only 10-membered ring structures, CON-type zeolite with this 12-membered ring structure has an advantage in that the reaction products diffuse within the pores. In addition, CON-type zeolite has a structure in which 12-membered ring structures and 10-membered ring structures intersect in a zigzag pattern, and pores in three directions do not intersect at one point, so the intersection space is small, coke is unlikely to be generated due to the reaction, and it is thought that the reaction activity is unlikely to decrease significantly, and the catalyst has the advantage of a long life.
本実施形態においてCON型ゼオライトは、窒素吸脱着測定において、tプロットにより算出した外表面積(A1)に対する、BETプロットにより算出したBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が、10以下であり、且つ、BET比表面積(A2)が620m2/g以上であるか、(A2/A1)が7以下であり、且つ、BET比表面積(A2)が400m2/g以上である。
BET比表面積(A2)が上記下限値以上であることで、十分な触媒効率を得ることができる。具体的にはBET比表面積(A2)は400m2/g以上であってよく、その場合好ましくは500m2/g以上、より好ましくは550m2/g以上、さらに好ましくは600m2/g以上であり、またBET比表面積(A2)は620m2/g以上であってよく、その場合好ましくは630m2/g以上、より好ましくは640m2/g以上である。上限は特に限定されないが、通常2000m2/g以下である。
In the present embodiment, in a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by a BET plot to the external surface area (A1) calculated by a t plot is 10 or less, and the BET specific surface area (A2) is 620 m 2 /g or more, or (A2/A1) is 7 or less, and the BET specific surface area (A2) is 400 m 2 /g or more.
By having the BET specific surface area (A2) be equal to or greater than the lower limit, sufficient catalytic efficiency can be obtained. Specifically, the BET specific surface area (A2) may be 400 m 2 /g or more, in which case it is preferably 500 m 2 /g or more, more preferably 550 m 2 /g or more, and even more preferably 600 m 2 /g or more, and the BET specific surface area (A2) may be 620 m 2 /g or more, in which case it is preferably 630 m 2 /g or more, and more preferably 640 m 2 /g or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 2000 m 2 /g or less.
加えて、外表面積(A1)に対する、BET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が、上記上限値以下であることで、CON型ゼオライトの触媒としての機能が長寿命化する。(A2/A1)は10以下であってよく、その場合好ましくは9.5以下であり、また7以下であってよく、その場合好ましくは6以下、さらに好ましくは5以下、特に好ましくは4以下である。下限値は特に限定されないが、通常2以上である。 In addition, by having the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) to the external surface area (A1) be equal to or less than the upper limit mentioned above, the catalytic function of the CON-type zeolite is extended in life. (A2/A1) may be 10 or less, in which case it is preferably 9.5 or less, and may be 7 or less, in which case it is preferably 6 or less, more preferably 5 or less, and particularly preferably 4 or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually 2 or more.
BET比表面積(A2)、及び外表面積(A1)に対するBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)、並びにマイクロ孔容積(A3)は窒素吸脱着測定から算出することができ、例えばマイクロトラック・ベル社製Belsorp-miniIIを用いて行うことができる。そしてデータ解析はマイクロトラック・ベル社製の解析ソフトBELMasterを用いて行うことができる。ここで、BET比表面積(A2)は相対圧(P/P0)が0.002~0.06の測定データをBETプロットすることにより算出する。外表面積(A1)及びマイクロ孔容積(A3)は相対圧(P/P0)が0.20~0.42のデータをtプロットすることにより算出する。尚、標準等温線としてHarkins-Juraを用いる。 The BET specific surface area (A2), the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) to the external surface area (A1), and the micropore volume (A3) can be calculated from nitrogen adsorption/desorption measurements, and can be performed using, for example, Belsorp-mini II manufactured by Microtrack-Bell. Data analysis can be performed using analysis software BELMaster manufactured by Microtrack-Bell. Here, the BET specific surface area (A2) is calculated by BET plotting measurement data with a relative pressure (P/P 0 ) of 0.002 to 0.06. The external surface area (A1) and the micropore volume (A3) are calculated by t-plotting data with a relative pressure (P/P 0 ) of 0.20 to 0.42. The Harkins-Jura is used as the standard isotherm.
上記(A2)の値、及び(A2/A1)を特定の範囲とすることは、例えば、種結晶としてCON型ゼオライトを用いることや、後述するようにCON型ゼオライトの製造工程において、界面活性剤の存在下、CON型ゼオライトをアルカリ条件で処理するアルカリ処理工程を有することにより、達成できる。 The above value of (A2) and (A2/A1) can be set to a specific range, for example, by using CON-type zeolite as seed crystals, or by including an alkaline treatment step in the production process of CON-type zeolite, in which CON-type zeolite is treated under alkaline conditions in the presence of a surfactant, as described below.
本実施形態においてCON型ゼオライトは、上記(A2)の値、及び(A2/A1)を満たす限り特に限定されるものではないが、好ましくは結晶性メタロシリケートである。前記メタロシリケートを構成する元素としては、特に限定はされないが、例えばアルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、錫(Sn)から選ばれる1種または2種以上が挙げられる。 In this embodiment, the CON-type zeolite is not particularly limited as long as it satisfies the above values of (A2) and (A2/A1), but is preferably a crystalline metallosilicate. The elements constituting the metallosilicate are not particularly limited, but may be, for example, one or more selected from aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), iron (Fe), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), and tin (Sn).
具体的に好ましくは、構成元素としてAlを含有する結晶性アルミノシリケートや、Gaを含有する結晶性ガロシリケートが挙げられる。これらのゼオライトは、ゼオライト骨格内のAlやGaが酸点となり、触媒反応の活性点として働くため、触媒活性に優れる。特にAlを含有するアルミノシリケートが触媒活性の観点からより望ましい。 Specific examples of zeolites that are preferred include crystalline aluminosilicates containing Al as a constituent element and crystalline gallosilicates containing Ga. These zeolites have excellent catalytic activity because the Al and Ga in the zeolite framework become acid sites and act as active sites for catalytic reactions. In particular, aluminosilicates containing Al are more desirable from the viewpoint of catalytic activity.
また、CON型ゼオライトは、後述する原料ゲル中にホウ素化合物を添加することによって得られやすくなることから、B(ホウ素)を構成元素として含んでいてもよい。このような例としては、構成元素としてAlとBを含む結晶性ボロアルミノシリケートや、構成元素がGaとBを含む結晶性ガロボロシリケート等が挙げられる。 CON-type zeolite can be obtained more easily by adding a boron compound to the raw material gel described below, so it may contain B (boron) as a constituent element. Examples of such zeolite include crystalline boroaluminosilicate containing Al and B as constituent elements, and crystalline galloborosilicate containing Ga and B as constituent elements.
前記結晶性アルミノシリケート、結晶性ガロシリケートの場合、その構成元素の比率としては特に限定されるものではないが、そのSi/Alモル比、またはSi/Gaモル比は、通常5以上、好ましくは10以上、より好ましくは25以上、更に好ましくは50以上、特に好ましくは100以上、とりわけ好ましくは200以上であり、通常5000以下、好ましくは1000以下、さらに好ましくは500以下である。Si/Alモル比、またはSi/Gaモル比をこのような範囲とすることで、十分な触媒活性を有するとともに、触媒寿命が一層向上したゼオライト触媒とすることができる。 In the case of the crystalline aluminosilicate and crystalline gallosilicate, the ratio of the constituent elements is not particularly limited, but the Si/Al molar ratio or the Si/Ga molar ratio is usually 5 or more, preferably 10 or more, more preferably 25 or more, even more preferably 50 or more, particularly preferably 100 or more, and especially preferably 200 or more, and is usually 5000 or less, preferably 1000 or less, and more preferably 500 or less. By setting the Si/Al molar ratio or the Si/Ga molar ratio in such a range, a zeolite catalyst having sufficient catalytic activity and further improved catalytic life can be obtained.
また、前記結晶性ボロアルミノシリケート、結晶性ガロボロシリケートの場合、その構成元素の比率としては特に限定されるものではないが、結晶性アルミノシリケート、結晶性ガロシリケートと同様、そのSi/Alモル比、またはSi/Gaモル比は、通常5以上、好ましくは10以上、より好ましくは25以上、更に好ましくは50以上、特に好ましくは100以上、とりわけ好ましくは200以上であり、通常5000以下、好ましくは1000以下、さらに好ましくは500以下である。また、Si/Bモル比は、特に限定されないが、通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは20以上、上限は例えば100000以下、50000以下、または10000以下であってよい。尚、本実施形態のSi、Al、Ga、B等の含有量は、通常、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)により測定できる。 In the case of the crystalline boroaluminosilicate and crystalline galloborosilicate, the ratio of the constituent elements is not particularly limited, but like the crystalline aluminosilicate and crystalline gallosilicate, the Si/Al molar ratio or the Si/Ga molar ratio is usually 5 or more, preferably 10 or more, more preferably 25 or more, even more preferably 50 or more, particularly preferably 100 or more, and especially preferably 200 or more, and usually 5000 or less, preferably 1000 or less, and more preferably 500 or less. In addition, the Si/B molar ratio is not particularly limited, but is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 20 or more, and the upper limit may be, for example, 100,000 or less, 50,000 or less, or 10,000 or less. The contents of Si, Al, Ga, B, etc. in this embodiment can usually be measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES).
CON型ゼオライトのイオン交換サイトは、特に限定されず、H型であっても、金属イオンで交換されたものであってもよい。ここで、金属イオンとは、具体的にはアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオン等である。 The ion exchange sites of CON-type zeolite are not particularly limited, and may be H-type or may be exchanged with metal ions. Here, the metal ions are specifically alkali metal ions, alkaline earth metal ions, etc.
本実施形態で用いられるCON型ゼオライトのマイクロ孔容積(A3)は、特に限定されるものでなく、通常0.1ml/g以上、好ましくは0.15ml/g以上、より好ましくは0.20ml/g以上であって、通常3ml/g以下、好ましくは2ml/g以下である。 The micropore volume (A3) of the CON-type zeolite used in this embodiment is not particularly limited, but is usually 0.1 ml/g or more, preferably 0.15 ml/g or more, more preferably 0.20 ml/g or more, and is usually 3 ml/g or less, preferably 2 ml/g or less.
本実施形態で用いられるCON型ゼオライトの平均粒子径は、特に限定されるものではなく、通常3μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは700nm以下、特に好ましくは300nm以下である。また通常20nm以上、好ましくは40nm以上である。 The average particle size of the CON-type zeolite used in this embodiment is not particularly limited, but is usually 3 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 700 nm or less, and particularly preferably 300 nm or less. It is also usually 20 nm or more, and preferably 40 nm or more.
以下、本実施形態のCON型ゼオライトを製造する方法について、説明する。
CON型ゼオライトは一般的に水熱合成法によって調製することが可能である。例えば水にホウ素源、アルミニウム源、ガリウム源およびシリカ源等を加えて均一なゲルを生成させ、これに構造規定剤、好ましくはN,N,N-トリメチル-(-)-cis-ミルタニルアンモニウムハイドロキサイドを加えて攪拌し、得られた原料ゲルを加圧加熱容器中で120~200℃に保持して結晶化させる。結晶化の際に、必要に応じて種結晶を添加してもよく、製造性の面では種結晶を添加する方が、操作性が向上する点で好ましい。種結晶としては、CON型ゼオライトを用いることが好ましい。また、原料ゲルに界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤を添加することにより、ゼオライトが微粒子化し、(A2)の値及び(A2/A1)の値を所望の範囲に調整しやすくなる。界面活性剤としては、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤等を、単独で又は組み合わせて用いることができる。界面活性剤としては、適度な結晶成長阻害剤として働くカチオン界面活性剤が好ましく、一例として、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムなどがあげられる。界面活性剤の濃度は特に限定されないが、Siに対するモル比として好ましくは0.001~0.05である。次いで結晶化した原料ゲルを濾過および洗浄した後、固形分を100~200℃で乾燥し、引続き400~900℃で焼成することによって、ゼオライト粉末として得ることができる。
なお、従来CON型ゼオライトは核発生・結晶成長速度が遅く、5~21日間程度の比較的長い時間をかけて合成されてきたため、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムなどの界面活性剤を導入することは行われていなかった。なぜなら界面活性剤は結晶成長を阻害するため、界面活性剤を添加すると結晶化が困難であると考えられてきたためである。本実施形態では合成条件の最適化により、実用的な時間で結晶化ができ、(A2)の値及び(A2/A1)の値を、これまで得られていなかった範囲にすることを可能にでき、触媒として特に優れた長寿命を得ることができる。
Hereinafter, the method for producing the CON type zeolite of this embodiment will be described.
CON type zeolite can generally be prepared by hydrothermal synthesis. For example, a boron source, an aluminum source, a gallium source, a silica source, and the like are added to water to generate a uniform gel, to which a structure directing agent, preferably N,N,N-trimethyl-(-)-cis-myrtanylammonium hydroxide, is added and stirred, and the resulting raw gel is crystallized by holding it at 120 to 200°C in a pressurized and heated container. During crystallization, seed crystals may be added as necessary, and in terms of manufacturability, the addition of seed crystals is preferred in terms of improved operability. As the seed crystals, it is preferable to use CON type zeolite. In addition, it is preferable to add a surfactant to the raw gel. By adding a surfactant, the zeolite becomes fine particles, and it becomes easier to adjust the value of (A2) and the value of (A2/A1) to the desired range. As the surfactant, cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, amphoteric surfactants, and the like can be used alone or in combination. The surfactant is preferably a cationic surfactant that acts as a moderate crystal growth inhibitor, and examples thereof include hexadecyltrimethylammonium bromide and hexadecyltrimethylammonium chloride. The concentration of the surfactant is not particularly limited, but the molar ratio to Si is preferably 0.001 to 0.05. The crystallized raw gel is then filtered and washed, and the solid content is dried at 100 to 200°C, and subsequently calcined at 400 to 900°C to obtain zeolite powder.
Conventionally, CON-type zeolite has a slow nucleation and crystal growth rate, and has been synthesized over a relatively long period of time, about 5 to 21 days, so surfactants such as hexadecyltrimethylammonium bromide have not been introduced. This is because it has been thought that surfactants inhibit crystal growth, making crystallization difficult when surfactants are added. In this embodiment, by optimizing the synthesis conditions, crystallization can be achieved within a practical time, and the values of (A2) and (A2/A1) can be set within ranges that have not been achieved before, resulting in an especially excellent long life as a catalyst.
ここで、ホウ素源としてはホウ酸、ホウ酸ナトリウム、酸化ホウ素等の1種または2種以上を用いることができる。アルミニウム源としては硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、擬ベーマイト、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、アルミナゾル、アルミン酸ナトリウム等の1種または2種以上を用いることができる。ガリウム源としては硝酸ガリウム、硫酸ガリウム、リン酸ガリウム、塩化ガリウム、臭化ガリウム、水酸化ガリウム等の1種または2種以上を用いることができる。シリカ源としては、フュームドシリカ、シリカゾル、シリカゲル、二酸化珪素、水ガラスなどのシリケートやテトラエトキシオルソシリケートやテトラメトキシシランなどの珪素のアルコキシド、珪素のハロゲン化物等の1種または2種以上を用いることができる。 Here, one or more of boric acid, sodium borate, boron oxide, etc. can be used as the boron source. One or more of aluminum sulfate, aluminum nitrate, pseudoboehmite, aluminum alkoxide, aluminum hydroxide, alumina sol, sodium aluminate, etc. can be used as the aluminum source. One or more of gallium nitrate, gallium sulfate, gallium phosphate, gallium chloride, gallium bromide, gallium hydroxide, etc. can be used as the gallium source. One or more of silicates such as fumed silica, silica sol, silica gel, silicon dioxide, and water glass, silicon alkoxides such as tetraethoxyorthosilicate and tetramethoxysilane, silicon halides, etc. can be used as the silica source.
CON型ゼオライトは、合成時に構成元素の量(Al,Ga,B等)を調整することで、含有金属量を調整することができる。また、構成元素の一部をスチーミングや酸処理等により除去して含有量を調整したものを用いることもできる。 The amount of metal contained in CON-type zeolite can be adjusted by adjusting the amount of constituent elements (Al, Ga, B, etc.) during synthesis. It is also possible to use zeolites in which some of the constituent elements have been removed by steaming or acid treatment to adjust the content.
本実施形態では、調製したCON型ゼオライトを、界面活性剤の存在下、アルカリで処理するアルカリ処理工程を有することが好ましい。アルカリ処理工程により、ゼオライトがメソ構造化し、(A2)の値及び(A2/A1)の値を所望の範囲に調整しやすくなる。
アルカリ処理工程に用いる界面活性剤としては、カチオン界面活性剤、アニオン界面活
性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤等を、単独で又は組み合わせて用いることができる。一例として、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムなどがあげられる。
アルカリ処理工程において界面活性剤の濃度は特に限定されず、処理液中に0.1~10質量%程度含有させることができる。
In this embodiment, it is preferable to have an alkali treatment step in which the prepared CON zeolite is treated with an alkali in the presence of a surfactant. The alkali treatment step causes the zeolite to have a mesostructure, making it easier to adjust the value of (A2) and the value of (A2/A1) to the desired range.
The surfactant used in the alkali treatment step may be a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, or the like, which may be used alone or in combination. Examples include hexadecyltrimethylammonium bromide and hexadecyltrimethylammonium chloride.
In the alkaline treatment step, the concentration of the surfactant is not particularly limited, and it may be contained in the treatment liquid at about 0.1 to 10% by mass.
アルカリ処理のためのアルカリは特に限定されず、アンモニア溶液、水酸化ナトリウム溶液などを用いることができ、アルカリの程度も特に限定されず、例えばpHが9~12程度であればよい。
アルカリ処理は、CON型ゼオライトをアルカリと接触させればよいが、アルカリ溶液中で撹拌してもよい。また、アルカリ処理の温度も特段限定されず、例えば100~200℃程度であればよい。アルカリ処理の時間も特段限定されず、アルカリ溶液中に0.1~24時間浸漬すればよい。
アルカリ処理後乾燥させ、触媒として用いるために再度焼成を行い、取り込まれた界面活性剤を除去することが望ましい。
The alkali for the alkali treatment is not particularly limited, and an ammonia solution, a sodium hydroxide solution, or the like can be used. The level of alkali is also not particularly limited, and the pH may be, for example, about 9 to 12.
The alkali treatment may be carried out by contacting the CON zeolite with an alkali, or by stirring the zeolite in an alkali solution. The temperature of the alkali treatment is not particularly limited, and may be, for example, about 100 to 200° C. The time of the alkali treatment is not particularly limited, and the zeolite may be immersed in the alkali solution for 0.1 to 24 hours.
After the alkali treatment, it is preferable to dry the product and then calcinate it again for use as a catalyst to remove the incorporated surfactant.
本実施形態のCON型ゼオライトは触媒として使用することができる。触媒として使用する際には、他の物質、例えばアルカリ土類金属やケイ素を含む化合物との混合物であってもよい。 The CON-type zeolite of this embodiment can be used as a catalyst. When used as a catalyst, it may be a mixture with other substances, such as compounds containing alkaline earth metals or silicon.
本実施形態のCON型ゼオライトは、低級オレフィンを製造する際の触媒に用いられる。原料としてはメタノール、ジメチルエーテルがあげられるがこれに限定されず、目的とするオレフィンの種類によって適宜選択することができる。
メタノールおよびジメチルエーテルの製造由来は特に限定されない。例えば、石炭および天然ガス、ならびに製鉄業における副生物由来の水素/COの混合ガスの水素化反応により得られるもの、植物由来のアルコール類の改質反応により得られるもの、発酵法により得られるもの、再循環プラスチックや都市廃棄物等の有機物質から得られるもの等が挙げられる。このとき各製造方法に起因するメタノールおよびジメチルエーテル以外の化合物が任意に混合した状態のものをそのまま用いてもよいし、精製したものを用いてもよい。
なお、反応原料としては、メタノールのみを用いてもよく、ジメチルエーテルのみを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。メタノールとジメチルエーテルを混合して用いる場合、その混合割合に制限はない。
The CON zeolite of the present embodiment is used as a catalyst for producing lower olefins. The raw material may be methanol or dimethyl ether, but is not limited thereto, and may be appropriately selected depending on the type of the target olefin.
The origin of methanol and dimethyl ether is not particularly limited. For example, they may be obtained by hydrogenation of a mixed gas of hydrogen/CO derived from coal and natural gas, and by-products in the steel industry, by reforming of alcohols derived from plants, by fermentation, or from organic materials such as recycled plastics and urban waste. In this case, they may be used as they are, or may be purified, in a state where compounds other than methanol and dimethyl ether are mixed as they are, resulting from each production method.
As the reaction raw material, only methanol or only dimethyl ether may be used, or a mixture of these may be used. When a mixture of methanol and dimethyl ether is used, there is no limitation on the mixing ratio.
以下に、上記触媒および原料を用いる低級オレフィンの製造方法について、原料がメタノール及び/又はジメチルエーテルである場合を例示して説明する。
本発明の別の実施形態である低級オレフィンの製造方法は、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料に、上記CON型ゼオライトを接触させる工程、を備える。本実施形態における反応様式としては、メタノール及び/又はジメチルエーテル供給原料が反応域において気相であれば特に限定されず、流動床反応装置、移動床反応装置または固定床反応装置を用いた公知の気相反応プロセスを適用することができる。固定床反応装置の場合、特に附帯設備を含めた設備費、触媒コスト、運転管理の点で有利である。
また、バッチ式、半連続式または連続式のいずれの形態でも行われ得るが、連続式で行うのが好ましく、その方法は、単一の反応器を用いた方法でもよいし、直列または並列に配置された複数の反応器を用いた方法でもよい。
The process for producing lower olefins using the above catalyst and raw material will be described below by taking as an example a case in which the raw material is methanol and/or dimethyl ether.
Another embodiment of the present invention, a method for producing lower olefins, comprises a step of contacting a raw material containing methanol and/or dimethyl ether with the above-mentioned CON-type zeolite. The reaction mode in this embodiment is not particularly limited as long as the methanol and/or dimethyl ether feedstock is in the gas phase in the reaction zone, and a known gas phase reaction process using a fluidized bed reactor, a moving bed reactor, or a fixed bed reactor can be applied. A fixed bed reactor is advantageous in terms of equipment costs including auxiliary equipment, catalyst costs, and operation management.
The process may be carried out in any of a batch, semi-continuous or continuous manner, but is preferably carried out in a continuous manner, and may be a process using a single reactor or a process using multiple reactors arranged in series or parallel.
なお、流動床反応器に前述の触媒を充填する際、触媒層の温度分布を小さく抑えるために、石英砂、アルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ等の反応に不活性な粒状物を、触媒と混合して充填してもよい。この場合、石英砂等の反応に不活性な粒状物の使用量は特に制限はない。なお、この粒状物は、触媒との均一混合性の面から、触媒と同程度の粒径であ
ることが好ましい。
また、反応器には、反応に伴う発熱を分散させることを目的に、反応基質(反応原料)を分割して供給してもよい。
When the above-mentioned catalyst is packed into the fluidized bed reactor, in order to minimize the temperature distribution in the catalyst layer, granular materials inactive to the reaction, such as quartz sand, alumina, silica, silica-alumina, etc., may be mixed with the catalyst and packed. In this case, there is no particular restriction on the amount of granular materials inactive to the reaction, such as quartz sand, used. In addition, it is preferable that the granular materials have a particle size similar to that of the catalyst, from the viewpoint of uniform mixing with the catalyst.
In addition, the reaction substrate (reaction raw material) may be divided and fed to the reactor for the purpose of dispersing heat generated by the reaction.
反応器に供給する全供給成分中の、メタノールとジメチルエーテルの合計濃度(基質濃度)に関して特に制限はないが、メタノールとジメチルエーテルの和は、全供給成分中、90モル%以下が好ましい。更に好ましくは10モル%以上70モル%以下である。 There is no particular restriction on the total concentration (substrate concentration) of methanol and dimethyl ether in all the components fed to the reactor, but the sum of methanol and dimethyl ether is preferably 90 mol % or less of all the components fed. More preferably, it is 10 mol % or more and 70 mol % or less.
反応器内には、メタノール及び/又はジメチルエーテルの他に、ヘリウム、アルゴン、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水、パラフィン類、メタン等の炭化水素類、芳香族化合物類、および、それらの混合物など、反応に不活性な気体(希釈剤とも称する。)を存在させることができるが、この中でも水(水蒸気)が共存しているのが、分離が良好であることから好ましい。
このような希釈剤としては、反応原料に含まれている不純物をそのまま使用してもよいし、別途調製した希釈剤を反応原料と混合して用いてもよい。また、希釈剤は反応器に入れる前に反応原料と混合してもよいし、反応原料とは別に反応器に供給してもよい。
In addition to methanol and/or dimethyl ether, the reactor may contain gases inert to the reaction (also referred to as diluents), such as helium, argon, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, water, paraffins, hydrocarbons such as methane, aromatic compounds, and mixtures thereof. Among these, the coexistence of water (water vapor) is preferred because it is easily separated.
As such a diluent, the impurities contained in the reaction raw materials may be used as they are, or a separately prepared diluent may be mixed with the reaction raw materials. The diluent may also be mixed with the reaction raw materials before being placed in the reactor, or may be supplied to the reactor separately from the reaction raw materials.
反応温度の下限としては、通常約200℃以上、好ましくは250℃以上、より好ましくは300℃以上であり、反応温度の上限としては、通常750℃以下、好ましくは700℃以下である。反応温度が低すぎると、反応速度が低く、未反応原料が多く残る傾向となり、更に低級オレフィンの収率も低下する。一方で反応温度が高すぎると触媒の安定活性が得られにくく低級オレフィンの収率が著しく低下する。なお、ここで、反応温度とは、触媒層入口の温度をさす。 The lower limit of the reaction temperature is usually about 200°C or higher, preferably 250°C or higher, and more preferably 300°C or higher, and the upper limit of the reaction temperature is usually 750°C or lower, and preferably 700°C or lower. If the reaction temperature is too low, the reaction rate is low, and there is a tendency for a large amount of unreacted raw material to remain, and the yield of lower olefins also decreases. On the other hand, if the reaction temperature is too high, it is difficult to obtain stable catalyst activity, and the yield of lower olefins drops significantly. Note that the reaction temperature here refers to the temperature at the inlet of the catalyst layer.
反応圧力の上限は通常5MPa(絶対圧、以下同様)以下、好ましくは2MPa以下であり、より好ましくは1MPa以下、特に好ましくは0.7MPa以下である。また、反応圧力の下限は特に制限されないが、通常0.1kPa以上、好ましくは7kPa以上、より好ましくは50kPa以上である。反応圧力が高すぎるとパラフィン類や芳香族化合物等の好ましくない副生成物の生成量が増え、低級オレフィンの収率が低下する傾向がある。反応圧力が低すぎると反応速度が遅くなる傾向がある。 The upper limit of the reaction pressure is usually 5 MPa (absolute pressure, hereinafter the same) or less, preferably 2 MPa or less, more preferably 1 MPa or less, and particularly preferably 0.7 MPa or less. The lower limit of the reaction pressure is not particularly limited, but is usually 0.1 kPa or more, preferably 7 kPa or more, and more preferably 50 kPa or more. If the reaction pressure is too high, the amount of undesirable by-products such as paraffins and aromatic compounds produced increases, and the yield of lower olefins tends to decrease. If the reaction pressure is too low, the reaction rate tends to be slow.
反応器出口ガス(反応器流出物)としては、反応生成物である低級オレフィン、副生成物および希釈剤を含む混合ガスが得られる。該混合ガス中の低級オレフィン濃度は通常5~95重量%である。
反応条件によっては反応生成物中に未反応原料としてメタノールおよび/またはジメチルエーテルが含まれるが、メタノールおよび/またはジメチルエーテルの転化率が100%になるような反応条件で反応を行うのが好ましい。それにより、反応生成物と未反応原料との分離が容易に、好ましくは不要になる。
副生成物としては炭素数が5以上のオレフィン類、パラフィン類、芳香族化合物および水が挙げられる。
The reactor outlet gas (reactor effluent) is a mixed gas containing lower olefins as the reaction product, by-products and a diluent. The concentration of lower olefins in the mixed gas is usually 5 to 95% by weight.
Although the reaction product contains methanol and/or dimethyl ether as unreacted raw materials depending on the reaction conditions, it is preferable to carry out the reaction under reaction conditions that result in a 100% conversion of methanol and/or dimethyl ether, which makes it easy, and preferably unnecessary, to separate the reaction product from the unreacted raw materials.
The by-products include olefins having 5 or more carbon atoms, paraffins, aromatic compounds and water.
反応器出口ガスとしての、反応生成物である低級オレフィン、未反応原料、副生成物および希釈剤を含む混合ガスは、公知の分離・精製設備に導入し、それぞれの成分に応じて回収、精製、リサイクル、排出の処理を行えばよい。 The reactor outlet gas, which is a mixed gas containing the reaction product lower olefins, unreacted raw materials, by-products and diluents, can be introduced into a known separation and purification facility and treated for recovery, purification, recycling and discharge according to the individual components.
また、本発明のゼオライト触媒の用途としては低級オレフィン製造に限られず、p-キシレンの製造、エチルベンゼン、クメンの製造、軽質炭化水素の芳香族化、水素化分解、水素化脱ろう、アルカンの異性化、自動車排ガス浄化などに好適に用いられる。 In addition, the uses of the zeolite catalyst of the present invention are not limited to the production of lower olefins, but are also suitable for the production of p-xylene, ethylbenzene, and cumene, aromatization of light hydrocarbons, hydrocracking, hydrodewaxing, alkane isomerization, and automobile exhaust gas purification.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲が実施例のみに限定されないことは言うまでもない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but it goes without saying that the scope of the present invention is not limited to the examples.
[実施例1]
水酸化ナトリウム0.050g、30.0wt%N,N,N-トリメチル-(-)-cis-ミルタニルアンモニウムハイドロキサイド水溶液2.85gおよび脱塩水2.90gを混合し、これにホウ酸0.050gおよび硫酸アルミニウム0.016gを加えて撹拌した後に、シリカ源としてCataloidSI-30を3.97g加えて十分に撹拌した。さらに種結晶としてCON型ゼオライト(Si/Al=270)を0.024g加えて、撹拌することにより原料ゲルを調製した。
[Example 1]
0.050 g of sodium hydroxide, 2.85 g of 30.0 wt % N,N,N-trimethyl-(-)-cis-myrtanylammonium hydroxide aqueous solution, and 2.90 g of demineralized water were mixed, to which 0.050 g of boric acid and 0.016 g of aluminum sulfate were added and stirred, and then 3.97 g of Cataloid SI-30 was added as a silica source and thoroughly stirred. Furthermore, 0.024 g of CON-type zeolite (Si/Al=270) was added as seed crystals and stirred to prepare a raw material gel.
得られた原料ゲルをオートクレーブに仕込み、15rpm回転下170℃、5日間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末を得た。生成物のX線回折(XRD)パターンから、得られた生成物がCON型ゼオライトであることを確認した。乾燥後に、空気雰囲気下、600℃で6時間焼成し、ナトリウム型ゼオライト粉末を得た。 The obtained raw gel was placed in an autoclave and heated at 170°C for 5 days at 15 rpm. The product was filtered, washed with water, and then dried at 100°C to obtain a white powder. The X-ray diffraction (XRD) pattern of the product confirmed that the product was CON-type zeolite. After drying, the product was calcined in an air atmosphere at 600°C for 6 hours to obtain a sodium-type zeolite powder.
得られた粉末を1N硝酸アンモニウム水溶液中で80℃、1時間のイオン交換を行い、その後濾過した。濾過した粉末を再び1N硝酸アンモニウム水溶液中で80℃、1時間のイオン交換を行い、その後、濾過、乾燥してアンモニウム型ゼオライト粉末を得た。その後空気雰囲気下、500℃で6時間焼成して実施例1のプロトン型ゼオライト粉末を得た。 The obtained powder was subjected to ion exchange in a 1N ammonium nitrate aqueous solution at 80°C for 1 hour, and then filtered. The filtered powder was again subjected to ion exchange in a 1N ammonium nitrate aqueous solution at 80°C for 1 hour, and then filtered and dried to obtain an ammonium-type zeolite powder. It was then calcined in an air atmosphere at 500°C for 6 hours to obtain the proton-type zeolite powder of Example 1.
[実施例2]
実施例1で得られたプロトン型ゼオライト0.200g、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム0.140g、脱塩水11.99g、10%アンモニア水0.81gを混合し、十分に攪拌した。得られたスラリーをオートクレーブに仕込み、静置下150℃7時間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末を得た。乾燥後に、空気雰囲気下、600℃6時間焼成し、実施例2のゼオライト粉末を得た。
[Example 2]
0.200 g of the proton-type zeolite obtained in Example 1, 0.140 g of hexadecyltrimethylammonium bromide, 11.99 g of desalted water, and 0.81 g of 10% aqueous ammonia were mixed and thoroughly stirred. The resulting slurry was charged into an autoclave and heated at 150°C for 7 hours while standing. The product was filtered, washed with water, and then dried at 100°C to obtain a white powder. After drying, the product was calcined at 600°C for 6 hours in an air atmosphere to obtain the zeolite powder of Example 2.
[実施例3]
30.9wt%N,N,N-トリメチル-(-)-cis-ミルタニルアンモニウムハイドロキサイド水溶液5.522g、8M水酸化ナトリウム水溶液0.642gおよび脱塩水17.321gを混合し、これにホウ酸0.247gおよび硫酸アルミニウム0.026gを加えて撹拌した後に、シリカ源としてCab-O-sil M7D を2.404g加えて十分に撹拌した。さらに臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムを0.146g加えて撹拌した後に、種結晶としてCON型ゼオライト(Si/Al=270)を0.049g加えて、撹拌することにより原料ゲルを調製した。
得られた原料ゲルをオートクレーブに仕込み、40rpm回転下170℃、7日間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末を得た。乾燥後に、空気雰囲気下、600℃で6時間焼成し、ナトリウム型ゼオライト粉末を得た。
得られた粉末を2.5N硝酸アンモニウム水溶液中で80℃、2時間のイオン交換を行い、その後濾過、乾燥した。乾燥した粉末を再び2.5N硝酸アンモニウム水溶液中で80℃、3時間のイオン交換を行い、その後濾過、乾燥してアンモニウム型ゼオライト粉末を得た。その後空気雰囲気下、600℃で3時間焼成して実施例3のプロトン型ゼオライト粉末を得た。
[Example 3]
5.522 g of 30.9 wt % N,N,N-trimethyl-(-)-cis-myrtanylammonium hydroxide aqueous solution, 0.642 g of 8 M sodium hydroxide aqueous solution, and 17.321 g of demineralized water were mixed, to which 0.247 g of boric acid and 0.026 g of aluminum sulfate were added and stirred, and then 2.404 g of Cab-O-sil M7D was added as a silica source and thoroughly stirred. Further, 0.146 g of hexadecyltrimethylammonium bromide was added and stirred, and then 0.049 g of CON-type zeolite (Si/Al=270) was added as seed crystals and stirred to prepare a raw gel.
The obtained raw gel was placed in an autoclave and heated at 170° C. for 7 days at 40 rpm. The product was filtered, washed with water, and then dried at 100° C. to obtain a white powder. After drying, the product was calcined at 600° C. for 6 hours in an air atmosphere to obtain a sodium-type zeolite powder.
The obtained powder was subjected to ion exchange in a 2.5N ammonium nitrate aqueous solution at 80°C for 2 hours, then filtered and dried. The dried powder was again subjected to ion exchange in a 2.5N ammonium nitrate aqueous solution at 80°C for 3 hours, then filtered and dried to obtain an ammonium type zeolite powder. The powder was then calcined in an air atmosphere at 600°C for 3 hours to obtain a proton type zeolite powder of Example 3.
[比較例1]
1.0M水酸化ナトリウム水溶液1.29g、30.0wt%N,N,N-トリメチル-(-)-cis-ミルタニルアンモニウムハイドロキサイド水溶液2.88gおよび脱
塩水1.67gを混合し、これにホウ酸0.049gおよび硫酸アルミニウム0.010gを加えて撹拌した後に、シリカ源としてCataloidSI-30を4.02g加えて十分に撹拌した。さらに種結晶としてBEA型ゼオライト(Si/Al=20)を0.025g加えて、撹拌することにより原料ゲルを調製した。得られた原料ゲルを実施例1と同様の方法で加熱・後処理し、比較例1のプロトン型ゼオライト粉末を得た。
[Comparative Example 1]
1.29 g of 1.0 M sodium hydroxide aqueous solution, 2.88 g of 30.0 wt % N,N,N-trimethyl-(-)-cis-myrtanylammonium hydroxide aqueous solution, and 1.67 g of demineralized water were mixed, and 0.049 g of boric acid and 0.010 g of aluminum sulfate were added thereto and stirred, and then 4.02 g of Cataloid SI-30 was added as a silica source and thoroughly stirred. Furthermore, 0.025 g of BEA type zeolite (Si/Al=20) was added as seed crystals and stirred to prepare a raw material gel. The obtained raw material gel was heated and post-treated in the same manner as in Example 1 to obtain a proton type zeolite powder of Comparative Example 1.
[比較例2]
水酸化ナトリウム0.052g、30.8wt%N,N,N-トリメチル-(-)-cis-ミルタニルアンモニウムハイドロキサイド水溶液2.77gおよび脱塩水3.00gを混合し、これにホウ酸0.049gおよび硫酸アルミニウム0.008gを加えて撹拌した後に、シリカ源としてCataloidSI-30を3.93g加えて十分に撹拌した。さらに種結晶としてBEA型ゼオライト(Si/Al=15)を0.024g加えて、撹拌することにより原料ゲルを調製した。得られた原料ゲルを実施例1と同様の方法で加熱・後処理し、比較例2のプロトン型ゼオライト粉末を得た。
[Comparative Example 2]
0.052 g of sodium hydroxide, 2.77 g of 30.8 wt % N,N,N-trimethyl-(-)-cis-myrtanylammonium hydroxide aqueous solution, and 3.00 g of demineralized water were mixed, and 0.049 g of boric acid and 0.008 g of aluminum sulfate were added thereto and stirred, and then 3.93 g of Cataloid SI-30 was added as a silica source and thoroughly stirred. Furthermore, 0.024 g of BEA type zeolite (Si/Al=15) was added as seed crystals and stirred to prepare a raw material gel. The obtained raw material gel was heated and post-treated in the same manner as in Example 1 to obtain a proton type zeolite powder of Comparative Example 2.
[比較例3]
1.0M水酸化ナトリウム水溶液0.45g、1.05M N,N,N-トリメチル-(-)-cis-ミルタニルアンモニウムハイドロキサイド水溶液0.79g及び脱塩水1.43gを混合し、これにホウ酸0.011g及び酢酸亜鉛0.0082gを加えて撹拌した後に、シリカ源としてフュームドシリカ(Cab-O-Sil M-7D CABOT製)0.27gを加えて十分に撹拌した。さらに種結晶としてBEA型ボロシリケートを0.0054g加えて、撹拌することにより原料ゲルを調製した。
得られた原料ゲルをオートクレーブに仕込み、40rpm回転下170℃、7日間加熱した。生成物を濾過、水洗した後、100℃で一晩乾燥させた。乾燥後に、空気雰囲気下、600℃で6時間焼成し、ナトリウム型ゼオライト粉末を得た。
[Comparative Example 3]
0.45 g of 1.0 M sodium hydroxide aqueous solution, 0.79 g of 1.05 M N,N,N-trimethyl-(-)-cis-myrtanylammonium hydroxide aqueous solution, and 1.43 g of demineralized water were mixed, to which 0.011 g of boric acid and 0.0082 g of zinc acetate were added and stirred, and then 0.27 g of fumed silica (Cab-O-Sil M-7D, manufactured by CABOT) was added as a silica source and thoroughly stirred. Furthermore, 0.0054 g of BEA-type borosilicate was added as seed crystals and stirred to prepare a raw material gel.
The obtained raw gel was placed in an autoclave and heated at 170° C. for 7 days under a rotation speed of 40 rpm. The product was filtered, washed with water, and then dried overnight at 100° C. After drying, it was calcined at 600° C. for 6 hours in an air atmosphere to obtain a sodium-type zeolite powder.
得られた粉末0.2gを2N硝酸水溶液20mlに加え、還流下100℃で20時間撹拌した。その後、ゼオライトを濾過、水洗した後、100℃で一晩乾燥させ、プロトン型ゼオライト粉末を得た。得られた粉末全量を、硝酸アルミニウム・9水和物0.0031gを溶解した水溶液20gに加え、還流下100℃で2日間撹拌した。その後、ゼオライトを濾過、水洗した後、100℃で一晩乾燥させて比較例3のプロトン型ゼオライト粉末を得た。 0.2 g of the obtained powder was added to 20 ml of 2N aqueous nitric acid solution and stirred at 100°C under reflux for 20 hours. The zeolite was then filtered, washed with water, and dried overnight at 100°C to obtain proton-type zeolite powder. The entire amount of the obtained powder was added to 20 g of an aqueous solution in which 0.0031 g of aluminum nitrate nonahydrate had been dissolved, and stirred at 100°C under reflux for 2 days. The zeolite was then filtered, washed with water, and dried overnight at 100°C to obtain the proton-type zeolite powder of Comparative Example 3.
実施例1~3、比較例1~3に係る合成条件について表1にまとめた。比較例1、2は実施例1の種結晶をCON型ゼオライトからBEA型ゼオライトに変更した以外は仕込み組成が同じ例である。 The synthesis conditions for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are summarized in Table 1. Comparative Examples 1 and 2 are examples in which the feed composition is the same as that of Example 1, except that the seed crystals were changed from CON-type zeolite to BEA-type zeolite.
実施例1~3、比較例1~3に係るゼオライトについて以下の評価を行った。
<窒素吸脱着測定>
合成したプロトン型ゼオライト粉末の窒素吸脱着測定は、マイクロトラック・ベル社製Belsorp-mini IIを用いて行った。測定にあたり、ゼオライトを真空下400℃で2時間加熱・乾燥させた後、液体窒素温度にて窒素吸脱着測定を実施した。図1に実施例1~2、比較例1~3に係るゼオライトの吸脱着等温線を示す。データ解析はマイクロトラック・ベル社製の解析ソフトBELMasterを用いて行った。BET比表面積(A2)は相対圧(P/P0)が0.002~0.06の測定データをBETプロットすることにより算出した。外表面積(A1)およびマイクロ孔容積(A3)は相対圧(P/P0)が0.20~0.42のデータをtプロットすることにより算出した。尚、標準等温線としてHarkins-Juraを用いた。
The zeolites according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated as follows.
<Nitrogen adsorption/desorption measurement>
Nitrogen adsorption and desorption measurements of the synthesized proton-type zeolite powder were performed using a Belsorp-mini II manufactured by Microtrack-Bell. In the measurement, the zeolite was heated and dried at 400°C under vacuum for 2 hours, and then nitrogen adsorption and desorption measurements were performed at liquid nitrogen temperature. Figure 1 shows the adsorption and desorption isotherms of the zeolites according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3. Data analysis was performed using analysis software BELMaster manufactured by Microtrack-Bell. The BET specific surface area (A2) was calculated by BET plotting the measurement data with a relative pressure (P/P 0 ) of 0.002 to 0.06. The external surface area (A1) and the micropore volume (A3) were calculated by t-plotting the data with a relative pressure (P/P 0 ) of 0.20 to 0.42. The standard isotherm used was Harkins-Jura.
<低級オレフィンの製造>
実施例1~3、比較例1~3で得られたゼオライトを用いて、低級オレフィンの製造を行った。反応には、固定床流通反応装置を用い、内径6mmの石英反応管に、予め混合したプロトン型ゼオライト粉末33mgおよび石英砂470mgを充填した。メタノール50モル%、窒素50モル%の混合ガスをメタノールの重量空間速度が15時間-1となるように反応器に供給し、500℃、0.1MPa(絶対圧)で反応を行った。反応開始から1時間毎にガスクロマトグラフィーで生成物の分析を行った。図2にメタノール転化率の推移を表したグラフを示す。表1に反応から2時間後のメタノール転化率(%)、エチレン選択率(C-mol%)、プロピレン選択率(C-mol%)、ブテン選択率(C-mol%)および触媒寿命(hr)を示す。なお、触媒寿命はメタノール転化率が99%以上を維持する時間として定義した。
<Production of lower olefins>
The zeolites obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were used to produce lower olefins. A fixed-bed flow reactor was used for the reaction, and 33 mg of premixed proton-type zeolite powder and 470 mg of quartz sand were filled in a quartz reaction tube with an inner diameter of 6 mm. A mixed gas of 50 mol % methanol and 50 mol % nitrogen was supplied to the reactor so that the weight space velocity of methanol was 15 h -1 , and the reaction was carried out at 500°C and 0.1 MPa (absolute pressure). The product was analyzed by gas chromatography every hour from the start of the reaction. Figure 2 shows a graph showing the progress of the methanol conversion rate. Table 1 shows the methanol conversion rate (%), ethylene selectivity (C-mol%), propylene selectivity (C-mol%), butene selectivity (C-mol%), and catalyst life (hr) after 2 hours of reaction. The catalyst life was defined as the time during which the methanol conversion rate was maintained at 99% or more.
表1に示すように、外表面積(A1)に対するBET比表面積(A2)の割合(A2/A1)が小さく、BET比表面積(A2)が大きな実施例1~3に係るゼオライトは長期間高い原料転化率を維持していることが分かる。 As shown in Table 1, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) to the external surface area (A1) is small, and the zeolites of Examples 1 to 3, which have a large BET specific surface area (A2), maintain a high raw material conversion rate for a long period of time.
Claims (7)
構成元素としてケイ素(Si)とアルミニウム(Al)、又はケイ素(Si)とガリウム(Ga)とのモル比(Si/Al又はSi/Ga)が200以上である、
CON型ゼオライト。 In a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by BET plot to the external surface area (A1) calculated by t plot is 10 or less, and the BET specific surface area (A2) is 620 m 2 /g or more;
The molar ratio (Si/Al or Si/Ga) of the constituent elements silicon (Si) and aluminum (Al), or silicon (Si) and gallium (Ga) is 200 or more;
CON type zeolite.
構成元素としてケイ素(Si)とアルミニウム(Al)、又はケイ素(Si)とガリウム(Ga)とのモル比(Si/Al又はSi/Ga)が200以上である、
CON型ゼオライト。 In a nitrogen adsorption/desorption measurement, the ratio (A2/A1) of the BET specific surface area (A2) calculated by BET plot to the external surface area (A1) calculated by t plot is 7 or less, and the BET specific surface area (A2) is 400 m 2 /g or more;
The molar ratio (Si/Al or Si/Ga) of the constituent elements silicon (Si) and aluminum (Al), or silicon (Si) and gallium (Ga) is 200 or more;
CON type zeolite.
CON型ゼオライトに対し、界面活性剤の存在下、アルカリ条件で処理するアルカリ処理工程を含み、
アルカリ処理のためのアルカリとしてアンモニア溶液を用い、
前記界面活性剤の濃度が処理溶液中において0.1~10質量%であり、
アルカリ処理の温度が100~200℃である、
CON型ゼオライトの製造方法。 A method for producing the CON zeolite according to claim 1 or 2 ,
The method includes an alkali treatment step of treating CON zeolite under alkaline conditions in the presence of a surfactant,
An ammonia solution is used as the alkali for the alkaline treatment,
The concentration of the surfactant in the treatment solution is 0.1 to 10% by mass,
The temperature of the alkali treatment is 100 to 200°C.
A method for producing CON type zeolite.
ゼオライトの合成原料ゲルにカチオン界面活性剤を添加し、
前記ゼオライトの合成原料ゲルを加圧加熱容器中で、120~200℃に保持して結晶化させる工程を含み、
前記カチオン界面活性剤の濃度がSiに対するモル比として0.001~0.05である、
CON型ゼオライトの製造方法。 A method for producing the CON zeolite according to claim 1 or 2 ,
A cationic surfactant is added to the zeolite synthesis raw material gel,
The method includes a step of crystallizing the zeolite synthesis raw material gel by holding the gel at 120 to 200° C. in a pressurized and heated container,
The concentration of the cationic surfactant is 0.001 to 0.05 in terms of a molar ratio to Si;
A method for producing CON type zeolite.
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