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JPH0278636A - c↓2炭化水素の製造方法およびその装置 - Google Patents

c↓2炭化水素の製造方法およびその装置

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Publication number
JPH0278636A
JPH0278636A JP63227495A JP22749588A JPH0278636A JP H0278636 A JPH0278636 A JP H0278636A JP 63227495 A JP63227495 A JP 63227495A JP 22749588 A JP22749588 A JP 22749588A JP H0278636 A JPH0278636 A JP H0278636A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
methane
oxygen
hydrocarbons
producing
porous body
Prior art date
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Granted
Application number
JP63227495A
Other languages
English (en)
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JPH07103048B2 (ja
Inventor
Kaoru Fujimoto
薫 藤元
Hiroo Tominaga
冨永 博夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP63227495A priority Critical patent/JPH07103048B2/ja
Publication of JPH0278636A publication Critical patent/JPH0278636A/ja
Publication of JPH07103048B2 publication Critical patent/JPH07103048B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタンの酸化カップリング反応によるCz炭化
水素の製造方法およびその装置に関する4〔従来の技術
〕 従来、メタンの酸化カップリング反応により、メタンよ
り直接C2化合物すなわぢエタン、エチレンなどを製造
する方法が種々提案されている。
特開昭61−30688号公報には、固体電解質に印加
電圧をかけ酸素を透過させてその酸素とメタンなどの低
級炭化水素からその炭素数以上の炭素数を有する炭化水
素例えばエタン、エチレンなどを製造する方法が開示さ
れているが、メタンからの02炭化水素への選択率は9
0%以下に過ぎない。しかもメタン側に酸素ガスが存在
している。
特開昭62−61933号公報には、塩基性担体、例え
ば酸化マグネシウムに担持した酸化鉛触媒の存在下、メ
タンの分子状酸素による酸化的カップリング反応によっ
て炭素数2以上の炭化水素を合成する方法が開示されて
いる。しかしながら、C2炭化水素の選択率は約85%
以下に過ぎないものである。
Chem、LeLt、、   3 1 9 〜3 2 
2  頁 (1985年)には、安定化ジルコニアを応
用したメタンの酸化カップリング反応について報告され
ているが、C2炭化水素への選択率は実質上50%程度
以下に過ぎないものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来、メタンより直接エタン、エチレンなどの02炭化
水素を製造する方法が数多く試みられているが、従来の
方法ではC2炭化水素の選択率が低くまだ満足すべき状
態にないのが現状である。
しかも酸化剤として高価な純酸素を用いる必要がある。
安価な酸化剤である空気を用いると生成ガス中に多量の
窒素が混入し、未反応原料のメタンあるいは生成炭化水
素との分離に多大のコストを必要とする。
本発明は、空気などの安価な酸化剤を使用しながらメタ
ンより02炭化水素を、直接、かつ、実質上100%の
極めて高い選択率でしかも窒素ガスおよび酸素ガスを混
入させることなく製造する方法およびその装置を提供す
ることを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第1に多孔質体よりなる支持体を介して一方
にメタンまたはメタン含有ガスを流通させ、他方に酸素
ガスまたは酸素含有ガスを流通させるに際して、該多孔
質体を介して両ガスが相互に透過しなくなるまで該多孔
質体を、マグネシア担持酸化鉛触媒で被覆した状態で、
該両ガスをそれぞれ流通させつつ、酸素側から該触媒を
透過してメタン側へ供給される酸化鉛格子酸素アニオン
によってメタンの酸化カンプリング反応を行なわせるこ
とを特徴とするC2炭化水素の製造方法を提供するもの
である。
本発明は、第2にメタンの酸化カップリング反応により
C2炭化水素を製造するための装置であって、酸素また
は酸素含有ガス供給域、メタンまたはメタン含有ガス供
給域、多孔質体よりなる支持体、およびマグネシア担持
酸化鉛触媒よりなり、両ガスが相互に透過しなくなるま
で該多孔質体が該触媒で被覆されており、該両ガス供給
域が該触媒被覆多孔質体を介して分離されていることを
特徴とする上記C2炭化水素の製造装置を提供するもの
である。
本発明に用いられる支持体を構成する多孔質体は、例え
ばアルミナ、シリカ、マグネシアなどの多孔質体であっ
て平均細孔径5〜5000nm、好ましくはlO〜11
000nであり、5nm未満では酸素ガスの触媒膜への
到達が不十分で好ましくなく、5000nmを超えると
触媒膜の安定支持が困難となりで好ましくない。
該多孔質体の膜厚はO,1〜50龍、好ましくは1〜I
onであり、0.1 tm未満では該多孔質体の強度が
不十分で好ましくなく、50mmを超えると酸素含有ガ
スの通過速度が遅く、好ましくない。
本発明に用いられる支持体は、例えば上記多孔質体の管
であって、例えばその内側に酸素または酸素含有ガス供
給域を設け、その外側にメタンまたはメタン含をガスの
供給域を設けることができるがその逆でもよい。
本発明に用いられる支持体を構成する多孔質体は、使用
されるガスが相互に透過しなくなるまでマグネシア担持
酸化鉛触媒で被覆され、両ガス供給域は該触媒被覆多孔
質体を介して相互に分離されている。
本発明におけるメタンの酸化カップリング反応は、メタ
ンと酸素との通常の供給モル比は100/1〜1/2の
範囲にあるが、メタン含有ガスと酸素含有ガスは分離さ
れた反応ゾーンへ供給されるため、その供給モル比に制
限はない。メタン供給域と酸素供給域との差圧が0〜5
気圧好ましくは0〜1気圧の範囲の条件下600〜90
0℃、好ましくは700〜800℃でおこなわれる。
該モル比が100/1未満ではメタン転化率が低くなる
ため好ましくなく、1/2を超えると酸素の利用効率が
低く、好ましくない。該差圧が5気圧を超えると触媒膜
の破壊の恐れがあり好ましくない。該反応温度が600
℃未満では反応速度が低くて好ましくなく、900℃を
超えるとメタンの熱的分解が進行し、C2炭化水素生成
量活性および選択率が低下するので好ましくない。
本発明のメタンの酸化カップリング反応においては、供
給される酸素ガス、すなわち分子状酸素は、前記触媒被
覆多孔質体を介してメタンまたはメタン含有ガスと分離
されているため直接反応して炭酸ガスなどを生ずること
なく、触媒被覆体を格子酸素の形で透過して、透過酸素
の形でメタンと接触して反応が行なわれる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、メタンより直接C2炭化水素を、実質
上100%の選択率で製造することができる方法および
その装置が提供される。
本発明によれば、酸素含有ガスとして空気を用いた場合
でも生成系から窒素および酸素を分離する過程を必要と
することなく、メタンより直接C2炭化水素を実質上1
00%の選択率で製造することができる方法およびその
装置が提供される。
〔実施例〕
実施例1 本発明の方法および装置の1例について、第1a〜IC
図により以下説明する。第1a図は、本発明を説明する
ための本発明の固定床常圧流通式装置の概略断面図であ
り、第1b図は第1a図の部分7の拡大図であり、第1
C図は第1b図の部分IOの想像拡大図である。
支持体lとして、長さ約30cm、外径4龍、内径1.
5N、平均細孔径500nmのアルミナ多孔質体CTD
K製のダイナセラム(DYNACERAM) )の管を
用いた。該支持体1のうち反応温度のかかる部分(5c
m程度)以外を高温用シール材(東亜合成化学製アロン
セラミック)でコーティングした後、反応ガスのもれに
くい濃度として硝酸マグネシウムの飽和水溶液を塗布し
、600℃で空気焼成した。ここで漏れ込みおよび触媒
担体の重量のチエツクを行ない、漏れがなければ次に、
あればもう−度繰り返すという操作を行ない、酸化マグ
ネシウム被覆11を形成した。その後、酸化鉛として均
一な膜を生成しやすい20%程度の硝酸鉛水溶液をその
上に塗布し、同様に焼成、チエツクおよび操り返しの操
作を行なって酸化鉛被覆12を形成し、触媒を塗布した
支持体1を得た。この触媒を塗布した支持体Iを外径8
龍、内径61mの石英管2の内部に挿入して本発明の装
置とした。この装置において例えばメタン人口4より支
持体1の外側、すなわちメタン供給域8にメタンを流通
させ、一方散素人口5より支持体1の内側、すなわち酸
素供給域9に酸素ガスを流通させ、加熱炉3で反応温度
に加熱下に反応を行ない、生成ガス出口6よりの生成ガ
スを分析に供した。第1c図において13は支持体1を
構成する多孔質体の細孔を示す。
分析はメタン側で行ない、酸素含有ガス側の分析は、物
質収支および漏れ込みをモニターするにとどめた。支持
体1の内側と外側の圧力差は、反応域の後方に水柱差圧
計を設けて測定し、最高20重量H,o以内に抑えてい
る。
反応ガスの多孔質体通過、すなわち漏れ込みは、支持体
1の内側に酸素含有ガス、外側に不活性ガス(窒素、ヘ
リウムなど)を流し、外側で窒素および酸素をモニター
することにより3周べた。
実施例2 本発明におけるメタンの酸化カップリング反応が格子酸
素によるものであることを実証するために以下の実験を
行なった。
実施例1の装置を用い、反応温度750℃、メタン側流
ff1100cc/分(メタン含量99%以上)、酸素
側2+を量30 cc 7分(M素ガス約20%、残り
窒素)の条件下、支持体1の外側にメタンを流しながら
支持体1の内側の酸素含有ガスを窒素と切り替える、パ
ルス導入操作を行なった。その結果を第2図に示す。第
2図に示されるように、酸素のオン・オフに応答するC
2炭化水素の生成が認められ、オフ後20分程度で02
炭化水素は全く生成しなくなった。したがって、反応に
使用されている酸素は酸素含有ガスから供給され、酸化
鉛中の酸素イオンによる反応で使用されていることが実
証された。
実施例3 実施例1の装置を用い、反応温度を変えてメタンの酸化
カップリング反応を行なった。得られた結果を第1表に
示す。第1表に示されるように生成物はC2炭化水素の
みで炭酸ガスなどは生成せず、メタンより直接C2炭化
水素が実質上100%の選択率で得られることを示して
いる。メタン転化率が低いのはメタンの接触時間が約0
.2秒と短いためおよび反応における律速過程が酸素の
触媒内拡数であるためと考えられ、その結果としてメタ
ン側の触媒表面は還元された金属鉛になっていた。高温
はどメタン転化率およびC2炭化水素生成量が増大する
傾向が認められる。
第  1  表 触媒量:0.15g(反応部分)、流量:100cc/
min本モル基準 実施例4 実施例1の装置を用い、メタン側の流量を変動させて実
験を行なった。得られた結果を第2表に示す。
実施例5 実施例1の装置を用い、反応温度を変えて実験を行なっ
た。得られた結果を第3表に示す。
実施例6 実施例1の装置を用い、酸素側の酸素濃度を変動させて
実験を行なった。得られた結果を第3図に示す。
【図面の簡単な説明】
第1a図は本発明を説明するための装置の概略断面図で
あり、第1b図は第1a図の部分7の拡大図であり、第
1C図は第1b図の部分10の想像拡大図である。第2
図は酸素ガスの供給をオン・オフした場合の反応時間と
02炭化水素の収率(%)との関係を示すグラフである
。第3図は酸素濃度と02炭化水素の収率との関係を示
すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多孔質体よりなる支持体を介して一方にメタンまた
    はメタン含有ガスを流通させ、他方に酸素ガスまたは酸
    素含有ガスを流通させるに際して、該多孔質体を介して
    、両ガスが相互に透過しなくなるまで該多孔質体をマグ
    ネシア担持酸化鉛触媒で被覆した状態で、該両ガスをそ
    れぞれ流通させつつ、酸素側から該触媒を透過してメタ
    ン側に供給される酸化鉛格子酸素アニオンによって、メ
    タンの酸化カップリング反応を行なわせることを特徴と
    するC_2炭化水素の製造方法。 2、該多孔質体が平均細孔径5〜5000nmおよび膜
    厚0.1〜10mmを有する請求項1記載のC_2炭化
    水素の製造方法。 3、該支持体が多孔質管であって、該管の内側および外
    側の何れかに該両ガスのいずれか一方をそれぞれ流通さ
    せる請求項1記載のC_2炭化水素の製造方法。 4、該メタンの酸化カップリング反応が600〜900
    ℃の温度で行なわれる請求項1記載のC_2炭化水素の
    製造方法。 5、メタンの酸化カップリング反応によりC_2炭化水
    素を製造するための装置であって、酸素または酸素含有
    ガス供給域、メタンまたはメタン含有ガス供給域、多孔
    質体よりなる支持体、およびマグネシア担持酸化鉛触媒
    よりなり、両ガスが相互に透過しなくなるまで該多孔質
    体が該触媒で被覆されており、該両ガス供給域が該触媒
    被覆多孔質体を介して分離されていることを特徴とする
    上記C_2炭化水素の製造装置。 6、該多孔質体が平均細孔径5〜5000nmおよび膜
    厚0.1〜10mmを有する請求項5記載のC_2炭化
    水素の製造装置。 7、該支持体が多孔質管であって、該管の内側および外
    側の何れかに両ガスのいずれか一方をそれぞれ流通させ
    る請求項5記載のC_2炭化水素の製造装置。
JP63227495A 1988-09-13 1988-09-13 c▲下2▼炭化水素の製造方法およびその装置 Expired - Lifetime JPH07103048B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087801B2 (en) 1999-09-02 2006-08-08 Haldor Topsoe A/S Process for catalytic selective oxidation of a hydrocarbon substrate
JP2012515785A (ja) * 2009-01-26 2012-07-12 ルムス テクノロジー インコーポレイテッド オレフィン製造用断熱反応器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087801B2 (en) 1999-09-02 2006-08-08 Haldor Topsoe A/S Process for catalytic selective oxidation of a hydrocarbon substrate
JP2012515785A (ja) * 2009-01-26 2012-07-12 ルムス テクノロジー インコーポレイテッド オレフィン製造用断熱反応器

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