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JP7018754B2 - A catalyst for producing a hydrocarbon from syngas, a method for producing the catalyst, a method for producing a hydrocarbon from syngas, and a catalyst carrier. - Google Patents
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A catalyst for producing a hydrocarbon from syngas, a method for producing the catalyst, a method for producing a hydrocarbon from syngas, and a catalyst carrier. Download PDF

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本発明は、一酸化炭素と水素を主成分とする、いわゆる合成ガスから炭化水素を製造するための触媒とその製造方法、及び該触媒を用いた炭化水素の製造方法、並びに触媒担体に関する。 The present invention relates to a catalyst for producing a hydrocarbon from a so-called synthetic gas containing carbon monoxide and hydrogen as main components, a method for producing the same, a method for producing a hydrocarbon using the catalyst, and a catalyst carrier.

近年、地球温暖化等の環境問題が顕在化し、他の炭化水素燃料、石炭等と比較してH/Cが高く、地球温暖化の原因物質である二酸化炭素排出量を抑えることができ、埋蔵量も豊富な天然ガスの重要性が見直されてきており、今後ますますその需要は増加するものと予想されている。そのような状況の中、東南アジア・オセアニア地域等には、パイプライン・LNGプラント等のインフラが未整備の遠隔地で発見されたものの、その可採埋蔵量が巨額の投資を必要とするインフラ建設には見合わず、未開発のまま残されている数多くの中小規模ガス田が存在し、その開発促進が望まれている。その有効な開発手段の一つとして、天然ガスを合成ガスに変換した後、合成ガスからFischer-Tropsch(F-T、フィッシャー・トロプシュ)合成反応を用いて輸送性・ハンドリング性の優れた灯・軽油等の液体炭化水素燃料に転換する技術の開発が各所で精力的に行われている。 In recent years, environmental problems such as global warming have become apparent, and the H / C is higher than other hydrocarbon fuels, coal, etc., and it is possible to suppress carbon dioxide emissions, which are the causative agents of global warming, and reserves. The importance of abundant natural gas is being reassessed, and its demand is expected to increase in the future. Under such circumstances, infrastructure such as pipelines and LNG plants was found in remote areas such as Southeast Asia and Oceania, but the recoverable reserves required huge investment. There are many small and medium-sized gas fields that are left undeveloped, and it is hoped that their development will be promoted. As one of the effective development means, after converting natural gas into synthetic gas, a lamp with excellent transportability and handleability is used by using the Fischer-Tropsch (FT, Fischer-Tropsch) synthetic reaction from the synthetic gas. The development of technology for converting to liquid hydrocarbon fuels such as light oil is being vigorously carried out in various places.

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このF-T合成反応は、触媒を用いて合成ガスを炭化水素に転換する発熱反応であるが、プラントの安定操業のためには反応熱を効果的に除去することが極めて重要である。現在までに実績のある反応形式には、気相合成プロセス(固定床、噴流床、流動床)と、液相合成プロセス(スラリー床)があり、それぞれ特徴を有しているが、近年、熱除去効率が高く、生成した高沸点炭化水素の触媒上への蓄積やそれに伴う反応管閉塞が起こらないスラリー床液相合成プロセスが注目を集め、精力的に開発が進められているところである。 This FT synthesis reaction is an exothermic reaction that converts synthetic gas into hydrocarbons using a catalyst, but it is extremely important to effectively remove the reaction heat for stable operation of the plant. Reaction types that have been proven to date include a gas phase synthesis process (fixed bed, jet bed, fluid bed) and a liquid phase synthesis process (slurry bed), each of which has its own characteristics. The slurry bed liquid phase synthesis process, which has high removal efficiency and does not cause accumulation of the generated high boiling point hydrocarbon on the catalyst and the accompanying blockage of the reaction tube, has attracted attention and is being energetically developed.

一般的に触媒の活性は、高ければ高いほど好ましいことは言うまでもないが、特にスラリー床では、良好なスラリー流動状態を保持するためにはスラリー濃度を一定の値以下にする必要があるという制限が存在するため、触媒の高活性化は、プロセス設計の自由度を拡大する上で、非常に重要な要素となる。 In general, it goes without saying that the higher the activity of the catalyst, the more preferable it is, but especially in the slurry bed, there is a limitation that the slurry concentration needs to be kept below a certain value in order to maintain a good slurry flow state. Due to its existence, high catalyst activation is a very important factor in expanding the degree of freedom in process design.

高活性化を目的として、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の不純物が触媒の活性に与える影響を詳細に検討した結果、不純物濃度を一定範囲の触媒とすることで、従来の触媒と比較して活性を大きく向上させた例が報告されている(特許文献1参照)。 As a result of detailed examination of the effect of impurities such as alkali metal and alkaline earth metal on the activity of the catalyst for the purpose of high activation, by setting the impurity concentration to a certain range of catalyst, it is compared with the conventional catalyst. An example in which the activity is greatly improved has been reported (see Patent Document 1).

また、一般的にF-T合成反応触媒の粒子径は、熱や物質の拡散が律速となる可能性を低くするという観点からは、小さいほど好ましい。しかし、スラリー床によるF-T合成反応では、生成する炭化水素の内、高沸点炭化水素は反応容器内に蓄積されるため、触媒と生成物との固液分離操作が必ず必要になることから、触媒の粒子径が小さ過ぎる場合、分離操作の効率が大きく低下するという問題が発生する。よって、スラリー床でのF-T合成反応用の触媒には最適な粒子径範囲が存在することになり、一般的に20~250μm程度、平均粒径として40~150μm程度が好ましいとされているが、以下に示すように、反応中に触媒が破壊、粉化を起こして、粒子径が小さくなることがあり、注意が必要である。 Further, in general, the smaller the particle size of the FT synthesis reaction catalyst is, the more preferable it is from the viewpoint of reducing the possibility that heat or diffusion of a substance becomes rate-determining. However, in the FT synthesis reaction using a slurry bed, high-boiling hydrocarbons are accumulated in the reaction vessel among the generated hydrocarbons, so that a solid-liquid separation operation between the catalyst and the product is absolutely necessary. If the particle size of the catalyst is too small, there arises a problem that the efficiency of the separation operation is greatly reduced. Therefore, the catalyst for the FT synthesis reaction in the slurry bed has an optimum particle size range, and it is generally said that the particle size is preferably about 20 to 250 μm and the average particle size is about 40 to 150 μm. However, as shown below, care must be taken as the catalyst may be destroyed or pulverized during the reaction, resulting in a smaller particle size.

即ち、スラリー床でのF-T合成反応では相当高い原料ガス空塔速度(0.1m/秒以上)で運転されることが多く、触媒粒子は反応中に激しく衝突するため、触媒粒子の物理的な強度や耐摩耗性(耐粉化性)が不足すると、反応中に触媒粒径が低下して、上記分離操作に不都合をきたすことがある。更に、スラリー床では液媒体として有機物を使用するが、F-T合成反応では多量の水を副生するため、耐水性が低く、水により強度低下や破壊、粉化を起こし易い触媒を用いる場合は、反応中に触媒粒径が細かくなることがあり、上記と同様に分離操作に不都合をきたすことになる。 That is, in the FT synthesis reaction on the slurry bed, the catalyst particles are often operated at a considerably high raw material gas empty tower speed (0.1 m / sec or more), and the catalyst particles collide violently during the reaction. If the strength and abrasion resistance (powder resistance) are insufficient, the catalyst particle size may decrease during the reaction, which may cause inconvenience in the separation operation. Further, in the slurry bed, an organic substance is used as a liquid medium, but in the FT synthesis reaction, a large amount of water is produced as a by-product. May cause the catalyst particle size to become finer during the reaction, which causes inconvenience in the separation operation as described above.

また、一般的に、スラリー床でのF-T合成反応用の触媒は、上記したような最適粒径となるように粉砕して粒度調整をして実用に供することが多い。ところが、このような破砕状の触媒には予亀裂が入っていたり、鋭角な突起が生じていたりすることが多く、機械的強度や耐摩耗性に劣る。そのため、破砕状の触媒をスラリー床でのF-T合成反応に用いた場合には、触媒が破壊して微粉が発生することになり、生成する高沸点炭化水素と触媒との分離が著しく困難になるという欠点を有していた。また、多孔質シリカをF-T合成反応用の触媒担体として用いると、比較的活性が高い触媒が得られることが広く知られているが、破砕による粒度調整を行った場合には、上述したような理由により触媒の強度が低下することはもちろん、シリカを主体とする触媒担体は耐水性が低く、水の存在により破壊、粉化することが多いため、特にスラリー床で問題となることが多かった。 Further, in general, the catalyst for the FT synthesis reaction in the slurry bed is often pulverized to have the optimum particle size as described above, the particle size is adjusted, and the catalyst is put into practical use. However, such a crushed catalyst often has pre-cracks or sharp protrusions, and is inferior in mechanical strength and wear resistance. Therefore, when a crushed catalyst is used for the FT synthesis reaction in the slurry bed, the catalyst is destroyed and fine powder is generated, and it is extremely difficult to separate the generated high boiling point hydrocarbon from the catalyst. It had the drawback of becoming. Further, it is widely known that a catalyst having relatively high activity can be obtained by using porous silica as a catalyst carrier for the FT synthesis reaction. However, when the particle size is adjusted by crushing, it is described above. For these reasons, not only the strength of the catalyst decreases, but also the catalyst carrier mainly composed of silica has low water resistance and is often destroyed or pulverized by the presence of water, which may cause a problem especially in a slurry bed. There were many.

また、F-T反応により副生する水が多量に存在する反応雰囲気下(特にCO転化率が高い雰囲気下)では、主に活性金属である担持コバルトとシリカを主体とする触媒担体の界面でコバルトシリケートを形成したり、担持コバルト自体が酸化されたりすることによると思われる、触媒活性が低下するという現象の他、耐水性が十分でない担体を使用した際には担体の比表面積、細孔容積等の構造変化が生じることで触媒活性が低下したり、強度が低下して触媒粉化が生じ易くなるという問題があった。この現象は触媒を使用可能な時間の短縮に繋がるため、操業コストを引き上げる要因となっていた。従って、触媒を使用可能な時間を延長するという観点からは、耐水性の高い担体を用いて製造される触媒を適用することが重要である。 Further, under a reaction atmosphere in which a large amount of water produced by the FT reaction is present (particularly in an atmosphere having a high CO conversion rate), at the interface between the supported cobalt, which is an active metal, and the catalyst carrier mainly composed of silica. In addition to the phenomenon that the catalytic activity decreases, which is thought to be due to the formation of cobalt silicate or the oxidation of the supported cobalt itself, when a carrier with insufficient water resistance is used, the specific surface area and pores of the carrier There is a problem that the catalytic activity is lowered due to the structural change such as the volume, or the strength is lowered and the catalytic pulverization is likely to occur. This phenomenon leads to a reduction in the usable time of the catalyst, which has been a factor in raising the operating cost. Therefore, from the viewpoint of extending the usable time of the catalyst, it is important to apply a catalyst manufactured by using a carrier having high water resistance.

特開2004-322085号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-322085 米国特許4,568,663号明細書U.S. Pat. No. 4,568,663

E.Iglesia, Applied Catalysis A:Genaral, 161(1997)59-78E.Iglesia, Applied Catalysis A: Genaral, 161 (1997) 59-78

シリカを主体とする触媒担体は水に対して一定の溶解度があり、特にF-T反応により副生する水が大量に存在するような雰囲気下では、比表面積、細孔容積等の構造変化が生じることで触媒活性が低下する課題があった。従って、シリカを主体とする触媒担体の耐水性を向上させることが望まれていた。 The catalyst carrier mainly composed of silica has a certain solubility in water, and structural changes such as specific surface area and pore volume change especially in an atmosphere where a large amount of water produced as a by-product due to the FT reaction is present. There is a problem that the catalytic activity is lowered by the occurrence. Therefore, it has been desired to improve the water resistance of the catalyst carrier mainly composed of silica.

本発明は、合成ガスから炭化水素を製造する触媒の耐久性を向上させること、特に、シリカを主体とする触媒担体の耐水性を高めることで、副生水が大量に発生する高いCO転化率条件下でも安定的に使用することが可能である、合成ガスから炭化水素を製造する触媒、当該触媒の製造方法、当該触媒を用いた炭化水素の製造方法、及び当該触媒に用いる触媒担体を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention improves the durability of a catalyst for producing a hydrocarbon from syngas, and in particular, enhances the water resistance of a catalyst carrier mainly composed of silica, so that a high CO conversion rate in which a large amount of by-product water is generated is generated. Provided are a catalyst for producing a hydrocarbon from syngas, a method for producing the catalyst, a method for producing a hydrocarbon using the catalyst, and a catalyst carrier used for the catalyst, which can be stably used even under conditions. The purpose is to do.

本発明者らは、バナジウムを含有させた触媒、特にバナジウムを含有するシリカを主体とする触媒担体を用いて金属化合物を担持させた触媒によると、副生する水の分圧が比較的高い条件下においても触媒が高い耐水性を有することを見出し、本発明に至った。
本発明は、高耐水性を有する触媒とこの触媒の製造方法及び該触媒を用いた炭化水素の製造方法、ならびに該触媒に用いる触媒担体に関する。更に詳しくは、以下に記す通りである。
According to the catalyst containing a vanadium, particularly a catalyst in which a metal compound is supported using a catalyst carrier mainly composed of silica containing vanadium, the present inventors have a condition that the partial pressure of water produced as a by-product is relatively high. We have found that the catalyst has high water resistance even under the above conditions, and have reached the present invention.
The present invention relates to a catalyst having high water resistance, a method for producing the catalyst, a method for producing a hydrocarbon using the catalyst, and a catalyst carrier used for the catalyst. More details are as described below.

(1)シリカを主成分とする触媒担体に、コバルトが担持されてなる触媒であって、当該触媒中のバナジウムの含有量が0.1~10.0質量%であり、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量の合計が0.01~0.15質量%であることを特徴とする合成ガスから炭化水素を製造する触媒。
(2)前記コバルトの担持率が金属換算で5~50質量%であることを特徴とする(1)に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒。
(3)前記バナジウムの含有量が0.2~2.0質量%であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒。
(4)前記触媒担体が球状であることを特徴とする(1)~(3)のいずれか1項に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒。
(1) A catalyst in which cobalt is supported on a catalyst carrier containing silica as a main component, and the content of vanadium in the catalyst is 0.1 to 10.0% by mass, and sodium, potassium, and calcium. , And a catalyst for producing a hydrocarbon from a synthetic gas, characterized in that the total impurity content of magnesium is 0.01-0.15% by mass.
(2) The catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to (1), wherein the carrying ratio of cobalt is 5 to 50% by mass in terms of metal.
(3) The catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to (1) or (2), wherein the content of vanadium is 0.2 to 2.0% by mass.
(4) A catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to any one of (1) to (3), wherein the catalyst carrier is spherical.

(5)珪酸アルカリ水溶液と酸水溶液とを混合して生成したシリカゾルをゲル化し、さらに乾燥してシリカとし、前記シリカに、バナジウムを0.1~10.0質量%含有させた後、乾燥及び焼成し、さらにナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量が0.01~0.15質量%となるよう調整して触媒担体を作製し、当該触媒担体に、コバルトを担持させて製造することを特徴とする合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。
(6)前記触媒担体中のナトリウムの含有量が0.01~0.10質量%であることを特徴とする(5)に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。
(7)前記触媒中のナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量が0.01~0.15質量%になるように製造することを特徴とする(5)又は(6)に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。
(8)前記シリカにバナジウムを含有させて触媒担体を作製する際において、前記シリカに、含浸法、インシピエントウェットネス法、沈殿法、又はイオン交換法を用いて、バナジウムを含有させた後、乾燥処理、又は乾燥処理及び焼成処理を行って触媒担体を作製することを特徴とする(5)~(7)のいずれか1項に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。
(5) The silica sol produced by mixing an alkaline silicate aqueous solution and an acid aqueous solution is gelled and further dried to obtain silica, and the silica is contained with vanadium in an amount of 0.1 to 10.0% by mass , and then dried and dried. A catalyst carrier is prepared by firing and further adjusted so that the impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium is 0.01 to 0.15% by mass, and the catalyst carrier is supported by cobalt. A method for producing a catalyst for producing a hydrocarbon from a synthetic gas.
(6) The method for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to (5), wherein the content of sodium in the catalyst carrier is 0.01 to 0.10% by mass.
(7) The method according to (5) or (6), wherein the catalyst is produced so that the impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium is 0.01 to 0.15% by mass. A method for producing a catalyst for producing a hydrocarbon from syngas.
(8) When the silica is impregnated with vanadium to prepare a catalyst carrier, the silica is impregnated with vanadium by an impregnation method, an infant wetness method, a precipitation method, or an ion exchange method. , A method for producing a catalyst for producing a hydrocarbon from a synthetic gas according to any one of (5) to (7), which comprises performing a drying treatment, or a drying treatment and a firing treatment to produce a catalyst carrier. ..

(9)(1)~(4)のいずれか1項に記載の触媒、又は、(5)~(8)のいずれか1項に記載の製造方法で製造された触媒を用いて、合成ガスから炭化水素を製造することを特徴とする合成ガスから炭化水素を製造する方法。
(10)スラリー床での液相反応で製造することを特徴とする(9)に記載の合成ガスから炭化水素を製造する方法。
(11)前記液相反応において、触媒量、合成ガス供給量、反応温度、反応圧力を調整し、合成ガスを反応器に一度だけ通過させた状態のCO転化率であるワンパスCO転化率を40~95%とすることを特徴とする(10)に記載の合成ガスから炭化水素を製造する方法。
(9) Syngas using the catalyst according to any one of (1) to (4) or the catalyst produced by the production method according to any one of (5) to (8). A method for producing a hydrocarbon from a synthetic gas, which comprises producing a hydrocarbon from a synthetic gas.
(10) The method for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to (9), which is produced by a liquid phase reaction on a slurry bed.
(11) In the liquid phase reaction, the one-pass CO conversion rate, which is the CO conversion rate in a state where the catalyst amount, the synthetic gas supply amount, the reaction temperature, and the reaction pressure are adjusted and the synthetic gas is passed through the reactor only once, is 40. The method for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to ( 10), wherein the content is ~ 95%.

(12)合成ガスから炭化水素を製造する触媒に使用する触媒担体であって、シリカを主成分とし、バナジウム含有量が0.1~10.0質量%、且つ、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量の合計が0.01~0.15質量%であることを特徴とする触媒担体。
(13)前記ナトリウムの含有量が0.01~0.10質量%であることを特徴とする(12)に記載の触媒担体。
(14)前記バナジウムの含有量が0.2~2.0質量%であることを特徴とする(12)又は(13)に記載の触媒担体。
(12) A catalyst carrier used for a catalyst for producing a hydrocarbon from syngas, which contains silica as a main component, a vanadium content of 0.1 to 10.0% by mass, and sodium, potassium, calcium, and. A catalyst carrier characterized in that the total impurity content of magnesium is 0.01 to 0.15% by mass.
(13) The catalyst carrier according to (12), wherein the sodium content is 0.01 to 0.10% by mass.
(14) The catalyst carrier according to (12) or (13), wherein the content of vanadium is 0.2 to 2.0% by mass.

本発明によれば、副生水が大量に生成する条件下、特に高いCO転化率条件下でも、安定性の高い、触媒、その製造方法、および当該触媒を用いた合成ガスから炭化水素を製造する方法、ならびに当該触媒に用いる触媒担体を提供できる。 According to the present invention, a hydrocarbon is produced from a catalyst having high stability, a method for producing the same, and a synthetic gas using the catalyst, even under conditions where a large amount of by-product water is generated, especially under a high CO conversion rate condition. And the catalyst carrier used for the catalyst can be provided.

以下、本発明の、合成ガスから炭化水素を製造する触媒、当該触媒の製造方法、および合成ガスから炭化水素を製造する方法、ならびに当該触媒に用いる触媒担体の一実施形態を詳述する。
まず、本実施形態に係る合成ガスから炭化水素を製造する際の触媒ついて説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention for producing a hydrocarbon from a synthetic gas, a method for producing the catalyst, a method for producing a hydrocarbon from the synthetic gas, and a catalyst carrier used for the catalyst will be described in detail.
First, a catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to the present embodiment will be described.

本実施形態による触媒は、F-T合成反応に活性を有する金属としてコバルトを含み、さらに耐水性の観点からバナジウムを含むものである。具体的には、触媒のバナジウムの含有量は、触媒全体の合計質量に対してバナジウム金属換算で0.1~10質量%であり、より好ましくは0.1~6質量%、更に好ましくは0.2~2質量%である。この範囲を下回るとバナジウムによる耐水性向上効果が十分に発現せず、一方、この範囲を上回ると反応における触媒活性が低下するため好ましくない。 The catalyst according to this embodiment contains cobalt as a metal having activity in the FT synthesis reaction, and further contains vanadium from the viewpoint of water resistance. Specifically, the vanadium content of the catalyst is 0.1 to 10% by mass in terms of vanadium metal with respect to the total mass of the entire catalyst, more preferably 0.1 to 6% by mass, and further preferably 0. .2 to 2% by mass. Below this range, the effect of improving water resistance by vanadium is not sufficiently exhibited, while above this range, the catalytic activity in the reaction decreases, which is not preferable.

また、用いる触媒担体としては、シリカを主成分とする触媒担体(以下、単にシリカ担体、担体とも言う)である。ここでいうシリカを主成分とする担体とは、シリカ含有量が50質量%以上で100質量%未満のものであり、シリカ以外にアルミナを含有するシリカ-アルミナ担体や、シリカ担体の製造工程における不可避的不純物を少量含むものであっても構わない。
触媒中、及び触媒担体中のシリカ含有量の測定方法としては、例えば酸分解やアルカリ溶融等の前処理後にICP-AES法にて測定する方法が挙げられる。
ここで、上記で述べたとおり、本実施形態による触媒は、コバルトおよびバナジウムを含有するものであるが、このバナジウムは、用いるシリカ担体自体に含有されていてもよい。シリカ担体の詳細については後述する。
Further, the catalyst carrier to be used is a catalyst carrier containing silica as a main component (hereinafter, also simply referred to as a silica carrier or a carrier). The carrier containing silica as a main component as used herein has a silica content of 50% by mass or more and less than 100% by mass, and is a silica-alumina carrier containing alumina in addition to silica, or in a manufacturing process of a silica carrier. It may contain a small amount of unavoidable impurities.
Examples of the method for measuring the silica content in the catalyst and the catalyst carrier include a method of measuring by the ICP-AES method after pretreatment such as acid decomposition and alkali melting.
Here, as described above, the catalyst according to the present embodiment contains cobalt and vanadium, but this vanadium may be contained in the silica carrier itself used. Details of the silica carrier will be described later.

本実施形態による触媒中の不純物とは、触媒の製造工程で不可避的に入り込む不純物であり、例えば、触媒担体製造時や、触媒担体にコバルト化合物等の金属系化合物を担持する際に、原料や洗浄水に含まれて不可避的に触媒中に入り込む不純物のことである。 The impurities in the catalyst according to the present embodiment are impurities that inevitably enter in the catalyst manufacturing process, and are, for example, raw materials and raw materials when the catalyst carrier is manufactured or when a metal-based compound such as a cobalt compound is supported on the catalyst carrier. It is an impurity contained in the wash water that inevitably enters the catalyst.

本実施形態の触媒担体製造時において混入する可能性のある不純物は、バナジウムを含有させたシリカを主成分とする担体の製造工程で使用される洗浄水に含有される不純物種や出発原料に含有される金属によるものであり、例えば、バナジウム含有のシリカ担体であれば、バナジウムとシリカ以外の金属が不純物となる。また、例えば、バナジウム含有のシリカを主成分とするシリカ-アルミナ担体であれば、バナジウム、シリコン、アルミニウム以外の金属および金属化合物が不純物となる。 Impurities that may be mixed in during the production of the catalyst carrier of the present embodiment are contained in the impurity species and the starting material contained in the washing water used in the manufacturing process of the carrier containing silica containing vanadium as a main component. For example, in the case of a vanadium-containing silica carrier, metals other than vanadium and silica are impurities. Further, for example, in the case of a silica-alumina carrier containing vanadium-containing silica as a main component, metals and metal compounds other than vanadium, silicon, and aluminum are impurities.

また、触媒担体に金属系化合物を担持する際に混入する可能性のある不純物は、担持する金属系化合物の前駆体、担持の際の処理水や洗浄水、担持後の乾燥工程や焼成工程で不可避的に入り込み、触媒性能に影響を与える金属が不純物となる。
なお、触媒担体へコバルト化合物を担持させる際においては、触媒担体の不純物量を低下させることよりも、純度の高いコバルト前駆体、純度の高い処理水、洗浄水の使用や、担持工程、乾燥工程、焼成工程での不純物量を低下させることの方が容易であることが多い。すなわち、触媒担体中の不純物が、触媒全体中の不純物の主たる要因となることが多い。
これらの不純物は、通常は、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属、と鉄が主たる不純物である。不純物の種類による触媒性能への影響は、鉄の影響は少なく、最も影響が大きいのは、アルカリ金属のナトリウム、及びカリウムであり、次に影響が大きいのはアルカリ土類金属のカルシウムとマグネシウムである。
In addition, impurities that may be mixed when the metal-based compound is supported on the catalyst carrier are found in the precursor of the metal-based compound to be supported, the treated water and washing water for the support, and the drying step and the baking step after the support. Metals that inevitably enter and affect the catalytic performance become impurities.
When the cobalt compound is supported on the catalyst carrier, the use of high-purity cobalt precursor, high-purity treated water, and washing water, the supporting step, and the drying step are performed rather than reducing the amount of impurities in the catalyst carrier. In many cases, it is easier to reduce the amount of impurities in the firing step. That is, impurities in the catalyst carrier are often the main cause of impurities in the entire catalyst.
These impurities are usually alkali metals such as sodium, potassium, calcium and magnesium, alkaline earth metals, and iron as the main impurities. The effect of the type of impurities on the catalytic performance is small for iron, with the greatest effect being the alkali metals sodium and potassium, followed by the alkaline earth metals calcium and magnesium. be.

従って、本実施形態においては、触媒および触媒担体中のナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの合計含有量を下げることが必要である。これらのうち、カリウムは、シリカを主成分とする担体から製造した触媒においては、ごく僅かしか含まれていないことが多く、実際にはナトリウム、カルシウム、マグネシウムと鉄が主たる不純物となる。なお、これらの金属は、酸化物等の化合物となって存在するものも多いが、全て金属換算した量で含有量を算出する。本発明においては、触媒に含まれるこれらの金属の総含有量を、不純物含有量とする。 Therefore, in this embodiment, it is necessary to reduce the total content of sodium, potassium, calcium, and magnesium in the catalyst and the catalyst carrier. Of these, potassium is often contained in a very small amount in a catalyst produced from a carrier containing silica as a main component, and in reality, sodium, calcium, magnesium and iron are the main impurities. Many of these metals exist as compounds such as oxides, but the content is calculated based on the amount converted to metal. In the present invention, the total content of these metals contained in the catalyst is defined as the impurity content.

バナジウムを含有する触媒中のナトリウム、カルシウム、及びマグネシウムの総含有量は、0.01~0.15質量%であり、これにより活性低下の抑制と耐水性の向上の両立を図ることができる。
なお本実施形態においては、これら不純物にカリウムを加えた、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの総含有量が0.01~0.15質量%である方が好ましい。なお、これら不純物含有量は総含有量であり、これらの中でいずれかが含まれない場合もあるが、その場合においてもこれら不純物の総含有量が0.01~0.15質量%であればよい。
The total content of sodium, calcium, and magnesium in the vanadium-containing catalyst is 0.01 to 0.15% by mass, which makes it possible to suppress the decrease in activity and improve the water resistance at the same time.
In the present embodiment, it is preferable that the total content of sodium, potassium, calcium, and magnesium obtained by adding potassium to these impurities is 0.01 to 0.15% by mass. It should be noted that the content of these impurities is the total content, and any of them may not be contained, but even in that case, the total content of these impurities should be 0.01 to 0.15% by mass. Just do it.

次に、本実施形態の触媒に好適に用いることができる触媒担体について説明する。
本実施形態に係る触媒担体は、シリカを主成分とし、バナジウム含有量が0.1~10質量%、且つ、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量の合計が0.01~0.15質量%である。
以下、各要件について説明する。
Next, a catalyst carrier that can be suitably used for the catalyst of the present embodiment will be described.
The catalyst carrier according to the present embodiment contains silica as a main component, has a vanadium content of 0.1 to 10% by mass, and has a total impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium of 0.01 to 0. It is 15% by mass.
Each requirement will be described below.

シリカを主成分とする担体のバナジウムの含有量は、バナジウムとシリカを主成分とする担体の合計質量に対してバナジウム金属換算で0.1~10質量%であり、より好ましくは0.1~6質量%、更に好ましくは0.2~2質量%である。この範囲を下回るとバナジウムによる耐水性向上効果が十分に発現せず、一方、この範囲を上回ると反応における触媒活性が低下するため好ましくない。 The vanadium content of the silica-based carrier is 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass in terms of vanadium metal, based on the total mass of the vanadium and the silica-based carrier. It is 6% by mass, more preferably 0.2 to 2% by mass. Below this range, the effect of improving water resistance by vanadium is not sufficiently exhibited, while above this range, the catalytic activity in the reaction decreases, which is not preferable.

また、シリカを主成分とする担体中の不純物量については下記のとおり制御する。
上述したように、コバルト金属、担体構成元素以外の触媒中の不純物をある範囲内に制御することが、活性、耐水性、および触媒コストに対して極めて効果的である。また、本実施形態のシリカ担体では、前記したように、Na、K、Ca、Mgや、Fe等が不純物として担体中に含まれることが多い。これら不純物の影響を、詳細に検討したところ、Na、K、Ca、Mgが比較的多量に存在しても、バナジウムを担持することによってシリカ担体の耐水性が向上することが分かった。なお、不純物としては、ナトリウム、カリウムの活性への影響が強く、中でもナトリウムの存在の影響が最も強い。なお、カリウムは、影響が強いものの、製造方法や担体の種類によって、担体中に存在しないことも多い。
Further, the amount of impurities in the carrier containing silica as a main component is controlled as follows.
As described above, controlling impurities in the catalyst other than cobalt metal and carrier constituent elements within a certain range is extremely effective for activity, water resistance, and catalyst cost. Further, in the silica carrier of the present embodiment, as described above, Na, K, Ca, Mg, Fe and the like are often contained in the carrier as impurities. When the effects of these impurities were investigated in detail, it was found that the water resistance of the silica carrier was improved by supporting vanadium even in the presence of relatively large amounts of Na, K, Ca, and Mg. As impurities, the influence on the activity of sodium and potassium is strong, and the influence of the presence of sodium is the strongest. Although potassium has a strong influence, it is often not present in the carrier depending on the production method and the type of the carrier.

シリカを主成分とする触媒担体中の不純物量の内、アルカリ金属、アルカリ土類金属の影響が大きく、中でも、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの合計量の影響が特に大きい。そのため、担体へのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの合計量は合計で0.01~0.15質量%とすることが好ましい。当該範囲は、不純物の含有量を極端に低下させるための酸処理等の洗浄処理を採用しなくとも製造可能な範囲であり、担体製造コストの増加を避けることができる。一方で、不純物量がこの範囲を下回る触媒担体に対してバナジウムを担持しても、耐水性向上効果は同様に得られるが、洗浄処理にかかるコストが増加するため不利となる。また、触媒担体中の不純物全体としては、0.01~0.15質量%とするのが好ましい。また、コバルトの担持操作中に一定量は不純物が混入してもよく、極端に純度の高いコバルト前駆体を使用する必要がないため触媒コストの観点から好ましい。
ここで、触媒担体中の不純物量の定量方法としては、例えば酸分解やアルカリ溶融等の前処理後にICP-AES法にて測定する方法が挙げられる。
Of the amount of impurities in the catalyst carrier containing silica as the main component, the influence of alkali metal and alkaline earth metal is large, and the influence of the total amount of sodium, potassium, calcium and magnesium is particularly large. Therefore, the total amount of sodium, potassium, calcium, and magnesium to the carrier is preferably 0.01 to 0.15% by mass in total. This range is a range that can be manufactured without adopting a cleaning treatment such as an acid treatment for extremely reducing the content of impurities, and an increase in carrier manufacturing cost can be avoided. On the other hand, even if vanadium is supported on a catalyst carrier in which the amount of impurities is less than this range, the effect of improving water resistance can be obtained in the same manner, but it is disadvantageous because the cost required for the cleaning treatment increases. The total amount of impurities in the catalyst carrier is preferably 0.01 to 0.15% by mass. Further, impurities may be mixed in a certain amount during the cobalt supporting operation, and it is not necessary to use an extremely pure cobalt precursor, which is preferable from the viewpoint of catalyst cost.
Here, as a method for quantifying the amount of impurities in the catalyst carrier, for example, a method of measuring by the ICP-AES method after pretreatment such as acid decomposition or alkali melting can be mentioned.

触媒担体中の不純物の中で反応性や耐水性に最も影響を及ぼす元素は、アルカリ金属とアルカリ土類金属である。特にナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの担体中の合計含有量が0.15質量%を上回ると、耐水性の大きな低下は無いものの、反応活性が著しく低下するため好ましくない。従って、触媒担体中のナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの含有量は0.03~0.15質量%とすることが好ましく、より好ましくは0.02~0.1質量%、更に好ましくは0.03~0.08質量%である。
また、上記のとおり、触媒活性への影響はナトリウムが最も強いため、担体中のナトリウム含有量は0.01~0.10質量%とすることが好ましい。
Among the impurities in the catalyst carrier, the elements that most affect the reactivity and water resistance are alkali metals and alkaline earth metals. In particular, when the total content of sodium, potassium, calcium and magnesium in the carrier exceeds 0.15% by mass, the water resistance is not significantly reduced, but the reaction activity is significantly reduced, which is not preferable. Therefore, the content of sodium, potassium, calcium and magnesium in the catalyst carrier is preferably 0.03 to 0.15% by mass, more preferably 0.02 to 0.1% by mass, and even more preferably 0. It is 03 to 0.08% by mass.
Further, as described above, since sodium has the strongest effect on the catalytic activity, the sodium content in the carrier is preferably 0.01 to 0.10% by mass.

次に、触媒の製造方法について説明する。
本実施形態に係る触媒の製造方法は、まず、珪酸アルカリ水溶液と酸水溶液とを混合して生成させたシリカゾルをゲル化し、乾燥させて得られるシリカに、バナジウムを含有させた後、乾燥及び焼成して、さらにナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量が0.01~0.15質量%となるよう調整して触媒担体を作製し、当該触媒担体に、コバルトを担持させる。
Next, a method for producing the catalyst will be described.
In the method for producing a catalyst according to the present embodiment, first, a silica sol produced by mixing an alkaline silicate aqueous solution and an acid aqueous solution is gelled, and the silica obtained by drying contains vanadium, and then dried and fired. Then, the catalyst carrier is further adjusted so that the impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium is 0.01 to 0.15% by mass, and the catalyst carrier is supported with cobalt.

シリカを主成分とする担体へバナジウムを含有させる方法は、通常の含浸法、インシピエントウェットネス(Incipient Wetness)法、沈殿法、イオン交換法等によればよい。含有させる際に使用する原料(前駆体)であるバナジウム化合物としては、上記含有させる処理後に、更に、乾燥処理、又は乾燥処理及び焼成処理することで、シリカのネットワーク中又はシリカ表面上で、酸化物のようなバナジウムの安定化合物を形成するものであればよく、溶媒に溶解するものであれば特に制限は無い。具体的には、酸化バナジウム、バナジン酸アンモニウムは、水に溶解するため好ましい。 The method for incorporating vanadium into the carrier containing silica as a main component may be an ordinary impregnation method, an Incipient Wetness method, a precipitation method, an ion exchange method or the like. The vanadium compound, which is a raw material (precursor) used for inclusion, is oxidized in the silica network or on the silica surface by further drying treatment, drying treatment, and firing treatment after the above-mentioned inclusion treatment. Any substance that forms a stable compound of vanadium such as a substance may be used, and there is no particular limitation as long as it is soluble in a solvent. Specifically, vanadium oxide and ammonium vanadate are preferable because they are soluble in water.

次に、バナジウムを含有したシリカ担体へ、金属系化合物を担持する方法も、通常の含浸法、インシピエントウェットネス(Incipient Wetness)法、沈殿法、イオン交換法等によればよい。担持において使用する原料(前駆体)である金属系化合物としては、担持後に乾燥処理及び還元処理、又は、乾燥処理、焼成処理及び還元処理を行う際に、カウンターイオン(例えばコバルト硝酸塩であればCo(NO中の(NO))が揮散するものであり、溶媒に溶解するものであれば特に制限はない。例えば、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、塩化物、アセチルアセトナート等が使用可能であるが、担持操作をする際に水溶液を用いることができる水溶性の化合物を用いることが製造コストの低減や安全な製造作業環境の確保のためには好ましい。なお、担持後の乾燥処理は省略することもできる。金属系化合物がコバルトの場合には、硝酸コバルト等は焼成時に酸化コバルトに容易に変化し、その後のコバルト酸化物の還元処理も容易であるため好ましい。 Next, the method of supporting the metal-based compound on the vanadium-containing silica carrier may be an ordinary impregnation method, an Incipient Wetness method, a precipitation method, an ion exchange method, or the like. As the metal-based compound which is a raw material (precursor) used in the carrier, a counter ion (for example, Cobalt nitrate is Co (NO 3 ) There is no particular limitation as long as (NO 3 ) - ) in 2 is volatilized and is soluble in a solvent. For example, nitrates, carbonates, acetates, chlorides, acetylacetonates, etc. can be used, but it is safer to use a water-soluble compound that can use an aqueous solution when carrying out the carrying operation. It is preferable for ensuring a stable manufacturing work environment. The drying process after loading can be omitted. When the metallic compound is cobalt, cobalt nitrate or the like is preferable because it easily changes to cobalt oxide at the time of firing and the subsequent reduction treatment of the cobalt oxide is easy.

触媒担体へのコバルトの担持率は、活性を発現するための最低量以上であり、担持したコバルトの分散度が極端に低下して、コバルトの反応寄与効率が低下する担持量以上であればよい。
具体的には、コバルトの担持率は、金属換算で5~50質量%(但し、シリカ担体を含めた触媒全体の質量を100%とする(金属換算しない質量))であり、好ましくは10~40質量%である。この範囲を下回ると活性を十分発現しない場合があり、また、この範囲を上回ると分散度が低下して、担持したコバルトの利用効率が低下することがあり、不経済となるため、好ましくない。ここでいうコバルトの担持率とは、担持したコバルトが最終的に100%還元されるとは限らないため、100%還元されたと考えた場合の金属コバルトの質量が触媒質量全体に占める割合を指す。
触媒中のコバルトの定量方法としては、例えば酸分解やアルカリ溶融等の前処理後にICP-AES法にて測定する方法が挙げられる。
The loading ratio of cobalt on the catalyst carrier may be at least the minimum amount for exhibiting activity, and the supporting amount may be such that the dispersity of the carried cobalt is extremely lowered and the reaction contribution efficiency of cobalt is lowered. ..
Specifically, the carrying ratio of cobalt is 5 to 50% by mass in terms of metal (however, the mass of the entire catalyst including the silica carrier is 100% (mass not converted to metal)), preferably 10 to 50% by mass. It is 40% by mass. If it is below this range, the activity may not be sufficiently expressed, and if it exceeds this range, the dispersity may be lowered and the utilization efficiency of the carried cobalt may be lowered, which is uneconomical and is not preferable. The cobalt support rate here refers to the ratio of the mass of metallic cobalt to the total catalyst mass when it is considered that the supported cobalt is 100% reduced because it is not always 100% reduced. ..
Examples of the method for quantifying cobalt in the catalyst include a method of measuring by the ICP-AES method after pretreatment such as acid decomposition and alkali melting.

シリカを主成分とする担体へ、バナジウムを含有させ、さらにコバルトを担持する際には、この順番で逐次処理することが重要である。すなわち、バナジウムを含有させたシリカ担体上にコバルトを担持させることで、バナジウムによるシリカ担体ならびに触媒の耐水性向上効果を有効に発現することが可能である。バナジウムによる耐水性向上のメカニズムの詳細は不明であるが、次のように推定される。
シリカ担体は水蒸気共存の耐性が低いが、バナジウム含有でこれが改善されることが本発明者らの調査により分かっている。このようにバナジウムがシリカ担体に直接的に作用し耐水性向上に寄与させるためには、コバルト担持後にバナジウムを担持するよりも、コバルトが担持されていない状態でバナジウムを担持する方がよいと推定する。このような観点から、バナジウム、コバルトの順で担持させることが望ましいが、バナジウムおよびコバルトを同時に担持させても前述のような効果が得られるものと考える。なお、シリカを主成分とする担体へ、バナジウムを含有させた際のバナジウムの含有状態は、上述のように、バナジウムの安定化合物が、シリカのネットワーク中に含有されていてもよいし、シリカの表面上に担持されているような状態でも構わない。
このようにして製造した触媒において、触媒担体中のバナジウム含有量を測定する方法としては、SEM-EDS、TEM-EDS等が挙げられる。バナジウムを含有する触媒担体の表面に存在するコバルト粒子が存在しない視野を選択し、EDSにて組成分析を行うことでバナジウム含有量を測定することができる。
When vanadium is contained in a carrier containing silica as a main component and cobalt is further supported, it is important to sequentially treat them in this order. That is, by supporting cobalt on a silica carrier containing vanadium, it is possible to effectively exhibit the effect of vanadium on improving the water resistance of the silica carrier and the catalyst. The details of the mechanism of water resistance improvement by vanadium are unknown, but it is presumed as follows.
Silica carriers have low resistance to water vapor coexistence, but vanadium content improves this, according to our research. In this way, in order for vanadium to act directly on the silica carrier and contribute to improving water resistance, it is presumed that it is better to support vanadium in a state where cobalt is not supported than to support vanadium after cobalt is supported. do. From this point of view, it is desirable to support vanadium and cobalt in this order, but it is considered that the above-mentioned effects can be obtained even if vanadium and cobalt are supported at the same time. As described above, the vanadium-containing state when vanadium is contained in the carrier containing silica as the main component may be such that the stable compound of vanadium is contained in the silica network, or the silica. It may be in a state of being supported on the surface.
Examples of the method for measuring the vanadium content in the catalyst carrier in the catalyst thus produced include SEM-EDS, TEM-EDS and the like. The vanadium content can be measured by selecting a field of view in which cobalt particles existing on the surface of the catalyst carrier containing vanadium do not exist and performing composition analysis with EDS.

上述のようにして得られた触媒および触媒担体の耐水性を評価する方法としては、触媒もしくは担体をオートクレーブに水と共に仕込み、昇温することで高い水圧に一定時間保持し、この前後での性状(表面積、細孔容積等)変化を測定するスチーミングテストが挙げられる。スチーミングテストにおいて、テスト前後の担体の表面積、細孔容積等を測定する手法としては一般的な手法で良く、例えばガス吸着させてBETの式にて算出するBET表面積測定法が挙げられる。スチーミングテストの条件は、例えば225℃、2.55Mpa、20hである。 As a method for evaluating the water resistance of the catalyst and the catalyst carrier obtained as described above, the catalyst or the carrier is charged into an autoclave together with water, and the temperature is raised to maintain a high water pressure for a certain period of time. A steaming test for measuring changes (surface area, pore volume, etc.) can be mentioned. In the steaming test, a general method may be used as a method for measuring the surface area, pore volume, etc. of the carrier before and after the test, and examples thereof include a BET surface area measurement method in which gas is adsorbed and calculated by the BET formula. The conditions of the steaming test are, for example, 225 ° C., 2.55 Mpa, 20 h.

以下に、本実施形態の触媒を得る方法の一例を示す。
まず、バナジウム前駆体の水溶液に、シリカを主成分とする担体を含浸して処理した後、乾燥、又は乾燥と焼成処理を行いバナジウム含有の触媒担体を作製する。次いで、このバナジウム含有の触媒担体をコバルト前駆体水溶液に含浸し、必要に応じて乾燥と還元処理、又は乾燥と焼成と還元処理を行い、コバルトが担持された触媒を得ることができる。
なお、バナジウム前駆体の水溶液としては特に限定しないが、バナジン酸アンモニウム等を用いることができる。
The following is an example of a method for obtaining the catalyst of the present embodiment.
First, an aqueous solution of a vanadium precursor is impregnated with a carrier containing silica as a main component and treated, and then dried or dried and fired to prepare a vanadium-containing catalyst carrier. Next, the vanadium-containing catalyst carrier is impregnated with an aqueous cobalt precursor solution and, if necessary, subjected to drying and reduction treatment, or drying, calcination and reduction treatment to obtain a cobalt-supported catalyst.
The aqueous solution of the vanadium precursor is not particularly limited, but ammonium vanadate or the like can be used.

シリカ担体にバナジウムを含有させた後には乾燥処理(例えば空気中100℃-1h、通常は50~150℃程度の範囲であるが、特に限定されない。)を行い、引き続き焼成処理(例えば空気中450℃-5h、通常は300~600℃程度の範囲であるが、特に限定されない。)を行ってもよいし、乾燥処理を行うだけで次工程であるコバルトの含浸を行ってもよいが、バナジウム添加による耐水性効果を大きくするためには、前述の焼成処理を行うとよい。 After the silica carrier contains vanadium, a drying treatment (for example, 100 ° C.-1h in air, usually in the range of about 50 to 150 ° C., but not particularly limited) is performed, followed by a firing treatment (for example, 450 in air). ℃ -5h, usually in the range of about 300 to 600 ° C., but is not particularly limited), or impregnation with cobalt, which is the next step, may be performed only by performing a drying treatment, but vanadium. In order to increase the water resistance effect due to the addition, it is advisable to carry out the above-mentioned firing treatment.

コバルト前駆体溶液へバナジウム含有の担体を含浸させた後、必要に応じて乾燥処理を行い、引き続き担体表面のコバルト化合物を活性金属に還元(例えば、常圧水素気流中450℃-15h、通常は250~600℃程度の範囲であるが、特に限定されない。)することで触媒が得られるが、乾燥処理後に焼成して酸化物に変化させた後に還元処理を行っても、焼成せずに直接還元処理を行ってもよい。なお、コバルト前駆体の水溶液としては特に限定しないが、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を用いることができる。 After impregnating the cobalt precursor solution with the carrier containing vanadium, a drying treatment is performed as necessary, and then the cobalt compound on the surface of the carrier is subsequently reduced to an active metal (for example, 450 ° C-15h in a normal pressure hydrogen stream, usually The temperature is in the range of about 250 to 600 ° C., but is not particularly limited). A reduction treatment may be performed. The aqueous solution of the cobalt precursor is not particularly limited, but cobalt nitrate, cobalt acetate and the like can be used.

還元処理の温度を高くしたり時間を長くしたりすることにより還元条件を厳しくすると、還元処理後に金属系化合物が酸化物の状態から金属状態まで還元される比率が高くなり、さらに極端に厳しい還元処理を行うと活性金属のみの状態にすることも可能となる。しかし、一般的な還元条件ではコバルト酸化物を一部含有する化学状態となることが多い。 If the reduction conditions are made stricter by raising the temperature of the reduction treatment or lengthening the time, the ratio of the metal-based compound being reduced from the oxide state to the metallic state after the reduction treatment increases, and the reduction is extremely severe. By performing the treatment, it is possible to make only the active metal. However, under general reduction conditions, it is often in a chemical state containing a part of cobalt oxide.

還元処理後の触媒は、大気に触れて酸化失活しないように取り扱う必要があるが、担体上のコバルト金属の表面を大気から遮断するような安定化処理を行うと、大気中での取り扱いが可能となり好適である。この安定化処理には、低濃度の酸素を含有する窒素、二酸化炭素、不活性ガスを触媒に触れさせて、担体上の活性金属の極表層のみを酸化するいわゆるパッシベーション(不動態化処理)を行ったり、F-T合成反応を液相で行う場合には反応溶媒や溶融したFTワックス等に浸漬して大気と遮断したりする方法があり、状況に応じて適切な安定化処理を行えばよい。 The catalyst after the reduction treatment must be handled so that it will not be oxidatively deactivated by contact with the atmosphere. However, if the surface of the cobalt metal on the carrier is stabilized from the atmosphere, it will be handled in the atmosphere. It is possible and suitable. In this stabilization treatment, a so-called passivation (passivation treatment) is performed in which nitrogen, carbon dioxide, or an inert gas containing a low concentration of oxygen is brought into contact with the catalyst to oxidize only the extreme surface layer of the active metal on the carrier. When the FT synthesis reaction is carried out in a liquid phase, there is a method of immersing it in a reaction solvent, molten FT wax, etc. to shut it off from the atmosphere. good.

このようにして製造する触媒中のナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの総量としては0.01~0.15質量%である。触媒中の不純物量の定量方法は前記触媒担体中の方法と同様であり、例えば酸分解やアルカリ溶融等の前処理後にICP-AES法にて測定することができる。 The total amount of sodium, potassium, calcium and magnesium in the catalyst produced in this manner is 0.01 to 0.15% by mass. The method for quantifying the amount of impurities in the catalyst is the same as the method in the catalyst carrier, and can be measured by the ICP-AES method after pretreatment such as acid decomposition or alkali melting.

ここで、一般にシリカ担体の製造方法は、乾式法と湿式法に大別される。乾式法としては燃焼法、アーク法等、湿式法としては沈降法、ゲル法等があり、いずれの製造方法でも触媒担体を製造することは可能である。しかしながら、ゲル法を除く上記方法では触媒担体を球状に成形することが技術的、経済的に困難である為、シリカゾルを気体媒体中又は液体媒体中で噴霧させて、ゲルを容易に球状に成形することが可能であるゲル法が好ましい。
上記ゲルは、珪酸アルカリ水溶液と酸水溶液とを混合して生成させたシリカゾルを気体媒体中又は液体媒体中で噴霧させて球状に成形したもので、その後、酸処理、ないし水洗処理の少なくともいずれかを行った後、焼成することでシリカ担体とすることができる。詳細については後述する。
Here, the method for producing a silica carrier is generally roughly classified into a dry method and a wet method. The dry method includes a combustion method, an arc method, and the like, and the wet method includes a sedimentation method, a gel method, and the like, and it is possible to produce a catalyst carrier by any of the production methods. However, since it is technically and economically difficult to form the catalyst carrier into a spherical shape by the above methods other than the gel method, the silica sol is sprayed in a gas medium or a liquid medium to easily form the gel into a spherical shape. The gel method, which is possible, is preferred.
The gel is formed into a spherical shape by spraying a silica sol produced by mixing an aqueous acid aqueous solution of silicate and an aqueous acid solution in a gas medium or a liquid medium, and then at least one of acid treatment and water washing treatment. Can be obtained as a silica carrier by firing after performing the above. Details will be described later.

上記ゲル法にてシリカ担体を製造する際には、通常多量の洗浄水を用いるが、工業用水等の不純物を多く含んだ洗浄水を用いると、担体中に多量の不純物が残留することになり、触媒活性が大幅に低下して好ましくない。一方、この洗浄水として不純物の含有率が低い、あるいはイオン交換水などの不純物を全く含まないものを用いることで、不純物含有量の少ない良好なシリカ担体を得ることが可能となるが、コストは増加することとなる。触媒性能、コストの両面からは触媒担体中の不純物量は一定の範囲に制御することが好ましく、触媒としてバナジウムを含有する場合には、不純物量が比較的多くとも耐水性効果を発現することから、触媒担体中の不純物量は0.01~0.15質量%とすることが好ましい。この場合、用いる洗浄水中のナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの合計の含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。洗浄水に酸性の水溶液を用いる場合にも同様な理由で、酸性の水溶液中のナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムの合計の含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。不純物量を低減する観点からはイオン交換水の使用も考えられるが、コストの観点からは使用を避ける方がよい。 When producing a silica carrier by the above gel method, a large amount of washing water is usually used, but if washing water containing a large amount of impurities such as industrial water is used, a large amount of impurities will remain in the carrier. , The catalytic activity is significantly reduced, which is not preferable. On the other hand, by using a washing water having a low impurity content or containing no impurities such as ion-exchanged water, it is possible to obtain a good silica carrier having a low impurity content, but the cost is high. It will increase. From the viewpoint of both catalyst performance and cost, it is preferable to control the amount of impurities in the catalyst carrier within a certain range, and when vanadium is contained as a catalyst, the water resistance effect is exhibited even if the amount of impurities is relatively large. The amount of impurities in the catalyst carrier is preferably 0.01 to 0.15% by mass. In this case, the total content of sodium, potassium, calcium and magnesium in the washing water used is preferably 0.1% by mass or less. When an acidic aqueous solution is used for the washing water, the total content of sodium, potassium, calcium and magnesium in the acidic aqueous solution is preferably 0.1% by mass or less for the same reason. Although the use of ion-exchanged water can be considered from the viewpoint of reducing the amount of impurities, it is better to avoid using it from the viewpoint of cost.

また、シリカ担体の製造においては、粒子強度向上、表面シラノール基活性向上などを目的とした焼成処理がよく行われる。しかしながら、担体中の不純物が0.15質量%を超える範囲で、焼成を行うと、シリカ担体を洗浄して不純物濃度を低下させる際に、シリカ骨格内に不純物元素が取り込まれて、不純物含有量を低減させることが困難となる。よって、シリカ担体を洗浄して不純物濃度を低下させたい場合には、未焼成シリカゲルを用いることが好ましい。 Further, in the production of the silica carrier, a firing treatment for the purpose of improving the particle strength and the surface silanol group activity is often performed. However, when firing is performed in a range where the impurities in the carrier exceed 0.15% by mass, the impurity elements are incorporated into the silica skeleton when the silica carrier is washed to reduce the impurity concentration, and the impurity content is contained. It becomes difficult to reduce. Therefore, when it is desired to wash the silica carrier to reduce the impurity concentration, it is preferable to use uncalcined silica gel.

以上述べたような担体を用いることにより、F-T合成反応における耐水性の高い触媒を得ることが可能となる。F-T合成反応では水が副生し、ワンパス転化率が高いほど反応系の水分圧は高くなる。高い水分圧条件下にて、耐水性が低い触媒担体で製造した触媒を使用すると、活性を発現し易い触媒構造が破壊されてしまい活性低下が生じると推定される。一方、本実施形態による耐水性が高い触媒担体で製造した触媒を使用すると、触媒構造破壊を抑制することができ、活性低下を抑制することが可能になると考えられる。 By using the carrier as described above, it is possible to obtain a catalyst having high water resistance in the FT synthesis reaction. In the FT synthesis reaction, water is by-produced, and the higher the one-pass conversion rate, the higher the water pressure of the reaction system. It is presumed that if a catalyst produced with a catalyst carrier having low water resistance is used under high water pressure conditions, the catalyst structure in which activity is likely to be exhibited is destroyed and the activity is reduced. On the other hand, if a catalyst produced by the catalyst carrier having high water resistance according to the present embodiment is used, it is considered that the catalyst structure destruction can be suppressed and the activity decrease can be suppressed.

担体の物理性状としては特に限定されないが、F-T合成触媒の活性の観点からは、金属の分散度を高く保ち、さらに、担持した活性金属の反応に寄与する効率を向上させるためには、高比表面積の担体を使用することが好ましい。しかし、担体の比表面積を大きくするためには、気孔径を小さくする、細孔容積を大きくする必要があるものの、この二つの要因を増大させると、耐摩耗性や強度が低下することになるため、以下に示す範囲とすることが、活性、強度の両面から好ましい。細孔径が8~50nm、比表面積が80~450m/g、細孔容積が0.2~1.2mL/gを同時に満足するものが、触媒用の担体として、好適である。細孔径が8~30nm、比表面積が100~400m/g、細孔容積が0.2~0.9mL/gを同時に満足するものであればより好ましく、細孔径が8~20nm、比表面積が150~350m/g、細孔容積が0.3~0.8mL/gを同時に満足するものであれば更に好ましい。上記の比表面積はBET法で、細孔容積は水銀圧入法で測定する。また、細孔径はガス吸着法で測定する。 The physical properties of the carrier are not particularly limited, but from the viewpoint of the activity of the FT synthesis catalyst, in order to maintain a high dispersity of the metal and further improve the efficiency of contributing to the reaction of the carried active metal, it is necessary to improve the efficiency. It is preferable to use a carrier having a high specific surface area. However, in order to increase the specific surface area of the carrier, it is necessary to reduce the pore diameter and increase the pore volume, but if these two factors are increased, the wear resistance and strength will decrease. Therefore, the range shown below is preferable from the viewpoint of both activity and strength. A carrier having a pore diameter of 8 to 50 nm, a specific surface area of 80 to 450 m 2 / g, and a pore volume of 0.2 to 1.2 mL / g is suitable as a catalyst carrier. It is more preferable if the pore diameter is 8 to 30 nm, the specific surface area is 100 to 400 m 2 / g, and the pore volume is 0.2 to 0.9 mL / g at the same time. It is more preferable if the amount is 150 to 350 m 2 / g and the pore volume is 0.3 to 0.8 mL / g at the same time. The above specific surface area is measured by the BET method, and the pore volume is measured by the mercury intrusion method. The pore diameter is measured by a gas adsorption method.

F-T合成反応に十分な活性を発現する触媒を得るためには、触媒担体の比表面積は80m/g以上であることが必要である。この比表面積を下回ると、担持した金属の分散度が低下してしまい、活性金属の反応への寄与効率が低下するため好ましくない。また、触媒担体の比表面積を450m/g超とすると、細孔容積と細孔径が上記範囲を同時に満足することが困難となり好ましくない。そのため、触媒担体の比表面積は80~450m/gとすることが好ましい。 In order to obtain a catalyst exhibiting sufficient activity for the FT synthesis reaction, the specific surface area of the catalyst carrier needs to be 80 m 2 / g or more. If it is less than this specific surface area, the dispersity of the supported metal is lowered, and the efficiency of contribution of the active metal to the reaction is lowered, which is not preferable. Further, when the specific surface area of the catalyst carrier is more than 450 m 2 / g, it is difficult for the pore volume and the pore diameter to simultaneously satisfy the above ranges, which is not preferable. Therefore, the specific surface area of the catalyst carrier is preferably 80 to 450 m 2 / g.

触媒担体の細孔径を小さくするほど比表面積を大きくすることが可能となるが、8nmを下回ると、細孔内のガス拡散速度が水素と一酸化炭素では異なり、細孔の奥へ行くほど水素分圧が高くなるという結果を招き、F-T合成反応では副生成物といえるメタン等の軽質炭化水素が、多量に生成することになるため、好ましくない。加えて、生成した炭化水素の細孔内拡散速度も低下し、結果として、見かけの反応速度を低下させることとなり、好ましくない。また、一定の細孔容積で比較を行うと、細孔径が大きくなるほど比表面積が低下するため、細孔径が50nmを超えると、比表面積を増大させることが困難となり、活性金属の分散度が低下してしまうため、好ましくない。そのため、触媒担体の細孔径は8~50nmとすることが好ましい。 The smaller the pore diameter of the catalyst carrier, the larger the specific surface area, but if it is less than 8 nm, the gas diffusion rate in the pores differs between hydrogen and carbon monoxide, and hydrogen goes deeper into the pores. This is not preferable because a large amount of light hydrocarbons such as methane, which can be said to be a by-product, is produced in the FT synthesis reaction, which results in an increase in the partial pressure. In addition, the diffusion rate of the produced hydrocarbon in the pores also decreases, and as a result, the apparent reaction rate decreases, which is not preferable. Further, when comparison is performed with a constant pore volume, the specific surface area decreases as the pore diameter increases. Therefore, when the pore diameter exceeds 50 nm, it becomes difficult to increase the specific surface area and the dispersity of the active metal decreases. It is not preferable because it will be done. Therefore, the pore diameter of the catalyst carrier is preferably 8 to 50 nm.

触媒担体の細孔容積は0.2~1.2mL/gの範囲内にあるものが好ましい。細孔容積が0.2mL/gを下回るものでは、細孔径と比表面積が上記範囲を同時に満足することが困難となり好ましくなく、また、細孔容積が1.2mL/gを上回る値とすると、強度が低下してしまうため、好ましくない。 The pore volume of the catalyst carrier is preferably in the range of 0.2 to 1.2 mL / g. If the pore volume is less than 0.2 mL / g, it is difficult for the pore diameter and the specific surface area to satisfy the above ranges at the same time, which is not preferable, and if the pore volume is more than 1.2 mL / g, it is not preferable. It is not preferable because it reduces the strength.

前述したように、スラリー床でのF-T合成反応用の触媒(F-T合成触媒)には、耐摩耗性、強度が要求される。また、F-T合成反応では、多量の水が副生するために、水の存在下で破壊、粉化するような触媒又は担体を用いると、前述したような不都合が生じることになるために注意を要する。よって、予亀裂が入っている可能性が高く、鋭角な角が折損、剥離し易い破砕状の担体ではなく、球状の担体を用いた触媒が好ましい。例えば、円形度と呼ばれる、粒子を画像解析した際の二次元画像における面積と周囲長を元に数値で表現する、形状の複雑さを測る指標などを用いることもでき、この円形度が0.7以上が好ましい。球状の担体を製造する際には、一般的なスプレードライ法等の噴霧法を用いればよい。特に、20~250μm程度の粒径の球状シリカ担体を製造する際には、噴霧法が適しており、耐摩耗性、強度、耐水性に優れた球状シリカ担体が得られる。 As described above, the catalyst for the FT synthesis reaction on the slurry bed (FT synthesis catalyst) is required to have abrasion resistance and strength. Further, in the FT synthesis reaction, since a large amount of water is by-produced, if a catalyst or carrier that is destroyed or pulverized in the presence of water is used, the above-mentioned inconvenience will occur. Be careful. Therefore, a catalyst using a spherical carrier is preferable, rather than a crushed carrier having a high possibility of pre-cracking and having sharp corners that are easily broken and peeled off. For example, a circularity, which is an index for measuring the complexity of a shape, which is expressed numerically based on the area and the peripheral length of a two-dimensional image when an image of a particle is analyzed, can be used, and the circularity is 0. 7 or more is preferable. When producing the spherical carrier, a spraying method such as a general spray-drying method may be used. In particular, when producing a spherical silica carrier having a particle size of about 20 to 250 μm, the spraying method is suitable, and a spherical silica carrier having excellent wear resistance, strength, and water resistance can be obtained.

このようなシリカ担体の製造法を以下に例示する。
珪酸アルカリ水溶液と酸水溶液とを混合し、pHが2~10.5となる条件で生成させたシリカゾルを、空気等の気体媒体中又は前記ゾルと不溶性の有機溶媒中へ噴霧してゲル化させ、次いで、酸処理、水洗、乾燥する。ここで、珪酸アルカリとしては珪酸ソーダ水溶液が好適で、NaO:SiOのモル比は1:1~1:5、シリカの濃度は5~30質量%が好ましい。用いる酸としては、硝酸、塩酸、硫酸、有機酸等が使用できるが、製造する際の容器への腐食を防ぎ、有機物が残留しないという観点からは、硫酸が好ましい。酸の濃度は1~10mol/Lが好ましく、この範囲を下回るとゲル化の進行が著しく遅くなり、また、この範囲を上回るとゲル化速度が速過ぎてその制御が困難となり、所望の物性値を得ることが難しくなるため、好ましくない。また、ゲル化させる際に有機溶媒中へ噴霧する方法を採用する場合には、有機溶媒として、ケロシン、パラフィン、キシレン、トルエン等を用いることができる。
A method for producing such a silica carrier is illustrated below.
A silica sol generated by mixing an aqueous alkali silicate solution and an aqueous acid solution and having a pH of 2 to 10.5 is sprayed into a gas medium such as air or an organic solvent insoluble in the sol to gel. Then, acid treatment, washing with water, and drying. Here, as the alkali silicate, an aqueous solution of sodium silicate is preferable, the molar ratio of Na 2 O: SiO 2 is 1: 1 to 1: 5, and the concentration of silica is preferably 5 to 30% by mass. As the acid to be used, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, organic acid and the like can be used, but sulfuric acid is preferable from the viewpoint of preventing corrosion to the container during production and leaving no organic matter. The acid concentration is preferably 1 to 10 mol / L, and if it is below this range, the progress of gelation is significantly slowed down, and if it is above this range, the gelation rate is too fast and its control becomes difficult, and the desired physical property value. It is not preferable because it becomes difficult to obtain. When a method of spraying into an organic solvent at the time of gelation is adopted, kerosene, paraffin, xylene, toluene or the like can be used as the organic solvent.

以上、本実施形態に係る触媒、その製造方法、ならびに触媒に好適に使用できる触媒担体について説明してきたが、上記のような構成あるいは製造法によって得られる触媒担体を用いれば、強度や耐摩耗性を損なうことなく、バナジウムの含有によって高い耐水性を発現する触媒の提供が可能となり、特にF-T合成用の触媒として好適である。 The catalyst according to the present embodiment, the method for producing the catalyst, and the catalyst carrier that can be suitably used for the catalyst have been described above. However, if the catalyst carrier obtained by the above configuration or production method is used, the strength and wear resistance It is possible to provide a catalyst that exhibits high water resistance by containing vanadium without impairing the above, and is particularly suitable as a catalyst for FT synthesis.

また、本実施形態による触媒を用いて、合成ガスから炭化水素を製造すれば、副生水による活性の低下が非常に小さく、高い触媒活性を長期間発揮することができるために、副生水の分圧が非常に高くなる条件下、特にワンパスCO転化率が60~95%という条件下でも良好なF-T合成反応を安定して行うことができる。ここでいうワンパスCO転化率とは、反応器から排出される未反応原料ガスを含むガスを再度反応器に供給するものとは異なり、原料ガスを反応器に一度通すのみでCOの転化率を求めたものである。ワンパスCO転化率が40~60%の比較的低い場合でも、副生水による活性低下が非常に小さいため触媒寿命が長くなり、触媒コストを低減することが可能となる。ワンパスCO転化率が40%未満になるとテールガスリサイクル設備の設備コストが増大するため、40%以上で操業することが一般的である。 Further, if a hydrocarbon is produced from a synthetic gas using the catalyst according to the present embodiment, the decrease in activity due to by-product water is very small, and high catalytic activity can be exhibited for a long period of time. A good FT synthesis reaction can be stably carried out under the condition that the partial pressure of the above is very high, particularly under the condition that the one-pass CO conversion rate is 60 to 95%. The one-pass CO conversion rate referred to here is different from the one in which the gas containing the unreacted raw material gas discharged from the reactor is supplied to the reactor again, and the CO conversion rate is determined by passing the raw material gas through the reactor only once. It is what I asked for. Even when the one-pass CO conversion rate is relatively low at 40 to 60%, the decrease in activity due to by-product water is very small, so that the catalyst life is extended and the catalyst cost can be reduced. If the one-pass CO conversion rate is less than 40%, the equipment cost of the tail gas recycling equipment will increase, so it is common to operate at 40% or more.

また、スラリー床は、原料ガスの吹き込みによって反応器内部を流動・循環させる運転方式であるが、実機規模の大型反応器では反応器内に流動の滞留域が存在する場合があり、このような滞留域では触媒付近の原料ガス、副生水等の生成物の攪拌が不十分となる。即ち、局所的に水分圧が高い領域が形成されることとなり、耐水性が低い担体を使用した触媒では、構造破壊を生じ易くなる。 In addition, the slurry bed is an operation method in which the inside of the reactor is flowed and circulated by blowing the raw material gas, but in a large reactor of the actual scale, there may be a flow retention area in the reactor. In the retention area, the stirring of products such as raw material gas and by-product water near the catalyst is insufficient. That is, a region having a high water pressure is locally formed, and a catalyst using a carrier having a low water resistance is liable to cause structural destruction.

一方、本実施形態による触媒を用いて、合成ガスから炭化水素を製造することにより、前述のようなスラリー床で発生する流動の滞留域でも触媒の構造破壊による活性低下が生じ難いため、高効率かつ低コストでF-T合成反応を行うことができ、安定して炭化水素を製造することが可能となる。 On the other hand, by producing a hydrocarbon from a synthetic gas using the catalyst according to the present embodiment, the activity is unlikely to decrease due to the structural destruction of the catalyst even in the retention region of the flow generated in the slurry bed as described above, so that the efficiency is high. Moreover, the FT synthesis reaction can be carried out at low cost, and hydrocarbons can be stably produced.

著しくCO転化率が高い、あるいは反応時間が長い等の要因で、活性低下が生じた場合には、合成ガスの代わりに水素を含むガスを供給することで、触媒を再生することができる。触媒の再生方法としては、再生ガスを反応器に供給して触媒と再生ガスを接触させるin-situ(その場)法と、触媒を抜出した後、再生塔と呼ばれる別の容器に充填して再生ガスを供給する方法がある。 When the activity decreases due to factors such as a remarkably high CO conversion rate or a long reaction time, the catalyst can be regenerated by supplying a gas containing hydrogen instead of the synthetic gas. As a method for regenerating the catalyst, there are an in-situ (in-situ) method in which the regenerated gas is supplied to the reactor to bring the regenerated gas into contact with the reactor, and after the catalyst is extracted, the catalyst is filled in another container called a regenerating tower. There is a method of supplying regenerated gas.

in-situ法では再生塔の設備が不要となる利点を有する反面、再生操作中は製造が停止するという欠点があり、再生塔の設備コスト、再生に必要な時間(製造停止時間)等を勘案して触媒の再生方法を決定する必要がある。再生ガスの水素含有量は5%以上であることが好ましく、100%でもよい。他に窒素、アルゴン等の不活性ガスを含有してもよい。再生条件としては、触媒再生が進行する条件であればよく、特に限定されるものではない。水素を含む再生ガスと触媒を接触させることによる触媒再生機構としては、副生水により酸化したコバルトの再還元と、水素による析出炭素の除去によるものと推察される。また、溶媒の液状炭化水素中に触媒が分散したスラリー床におけるin-situ再生では再生後の再起動オペレーションの観点から、液状炭化水素の水素化分解によるガス成分への変換によって、溶媒が無くならないようにすることが好ましく、温度、圧力、時間、ガス流量等の条件設定に注意が必要である。例えば、再生温度は100~400℃、再生圧力は常圧~反応圧、再生時間は1時間以上、再生ガス流量は再生ガス中の水素流量が、反応における合成ガス中の水素流量と同程度が好適である。再生圧力は反応圧以下にすると、反応において反応圧に昇圧するためのコンプレッサーを利用することが可能となり、再生のために新たにコンプレッサーを設置する必要がなくなるため、設備コストの面から有利となる。 The in-situ method has the advantage that the equipment of the regeneration tower is not required, but has the disadvantage that the production is stopped during the regeneration operation, and the equipment cost of the regeneration tower, the time required for regeneration (production stop time), etc. are taken into consideration. It is necessary to determine the method of regenerating the catalyst. The hydrogen content of the regenerated gas is preferably 5% or more, and may be 100%. In addition, an inert gas such as nitrogen or argon may be contained. The regeneration conditions may be any conditions as long as the catalyst regeneration proceeds, and are not particularly limited. It is presumed that the catalyst regeneration mechanism by contacting the regenerated gas containing hydrogen with the catalyst is due to the re-reduction of cobalt oxidized by by-product water and the removal of precipitated carbon by hydrogen. Further, in in-situ regeneration in a slurry bed in which a catalyst is dispersed in a liquid hydrocarbon of a solvent, the solvent is not eliminated by conversion of the liquid hydrocarbon into a gas component by hydrocracking from the viewpoint of restart operation after regeneration. It is preferable to do so, and care must be taken in setting conditions such as temperature, pressure, time, and gas flow rate. For example, the regeneration temperature is 100 to 400 ° C., the regeneration pressure is normal pressure to reaction pressure, the regeneration time is 1 hour or more, and the regeneration gas flow rate is that the hydrogen flow rate in the regeneration gas is about the same as the hydrogen flow rate in the synthetic gas in the reaction. Suitable. When the regeneration pressure is lower than the reaction pressure, it becomes possible to use a compressor for boosting the reaction pressure in the reaction, and it is not necessary to install a new compressor for regeneration, which is advantageous in terms of equipment cost. ..

触媒を抜出した後、再生塔に充填して再生ガスを供給する方法では、スラリー床の他、流動床、固定床等を選択することが可能であるが、流動床、固定床等の気-固反応では溶媒の水素化分解を考慮する必要が無い為、再生温度は再生速度とコバルト等の触媒金属のシンタリングを考慮して決定すればよい。また、再生圧力は反応圧に拠らず再生設備のコンプレッサーの能力に応じて選択することができるが、昇圧能力が増加するほどコンプレッサーの設備コストが増加するため、再生速度の圧力依存性を勘案して決定する必要がある。 In the method of supplying the regenerated gas by filling the regenerating tower after extracting the catalyst, it is possible to select a fluidized bed, a fixed bed, etc. in addition to the slurry bed, but the air of the fluidized bed, the fixed bed, etc. Since it is not necessary to consider the hydrocracking of the solvent in the solid reaction, the regeneration temperature may be determined in consideration of the regeneration rate and the syntering of the catalyst metal such as cobalt. In addition, the regeneration pressure can be selected according to the capacity of the compressor of the regeneration equipment regardless of the reaction pressure, but the equipment cost of the compressor increases as the boosting capacity increases, so the pressure dependence of the regeneration speed is taken into consideration. It is necessary to decide.

尚、本実施形態の炭化水素の製造方法における反応に使用する合成ガスには、水素と一酸化炭素の合計が全体の50体積%以上であるガスが生産性の面から好ましく、特に、水素と一酸化炭素のモル比(水素/一酸化炭素)が0.5~4.0の範囲であることが望ましい。これは、水素と一酸化炭素のモル比が0.5未満の場合には、原料ガス中の水素の存在量が少な過ぎるため、一酸化炭素の水素化反応(FT合成反応)が進み難く、液状炭化水素の生産性が高くならないためであり、一方、水素と一酸化炭素のモル比が4.0を超える場合には、原料ガス中の一酸化炭素の存在量が少な過ぎるため、触媒活性に関わらず液状炭化水素の生産性が高くならないためである。 As the synthetic gas used for the reaction in the method for producing a hydrocarbon of the present embodiment, a gas in which the total amount of hydrogen and carbon monoxide is 50% by volume or more of the total is preferable from the viewpoint of productivity, and particularly hydrogen. It is desirable that the molar ratio of carbon monoxide (hydrogen / carbon monoxide) is in the range of 0.5 to 4.0. This is because when the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide is less than 0.5, the abundance of hydrogen in the raw material gas is too small, so that the hydrocarbon reaction of carbon monoxide (FT synthesis reaction) is difficult to proceed. This is because the productivity of liquid hydrocarbons does not increase, while when the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide exceeds 4.0, the abundance of carbon monoxide in the raw material gas is too small, and the catalytic activity. This is because the productivity of liquid hydrocarbons does not increase regardless.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

内容積1200mLのオートクレーブを用い、シリカゾルを噴霧して調製した球状のシリカ担体(インシピエントウェットネス法でVを担持して乾燥処理、焼成処理して調製したVO/SiO(xは化学的に許容される値。シリカを主成分とする担体は平均粒径100μmの球形))4gと水30gを仕込んだ後、225℃に昇温した。なお、バナジウム前駆体の水溶液としてはバナジン酸アンモニウムを用いた。225℃に到達した時点で圧力は約2.55MPaとなるが、この状態で20h保持することでスチーミングテストを実施した。スチーミングテスト後、室温まで冷却してVO/SiOを回収し、乾燥処理を行った。BET測定によって、比表面積、細孔容積を分析し、このスチーミングテスト前後での比表面積、細孔容積の変化率を算出した。 Spherical silica carrier prepared by spraying silica sol using an autoclave with an internal volume of 1200 mL (VO x / SiO 2 (x is chemical) prepared by supporting V by the impingient wetness method, drying treatment, and firing treatment. The carrier containing silica as a main component was charged with 4 g))) and 30 g of water, and then the temperature was raised to 225 ° C. As the aqueous solution of the vanadium precursor, ammonium vanadate was used. When the temperature reached 225 ° C., the pressure became about 2.55 MPa, and the steaming test was carried out by holding the pressure in this state for 20 hours. After the steaming test, the mixture was cooled to room temperature, VO x / SiO 2 was recovered, and a drying treatment was performed. The specific surface area and pore volume were analyzed by BET measurement, and the rate of change in specific surface area and pore volume before and after this steaming test was calculated.

以下の実施例に記載した比表面積変化率、細孔容積変化率は、それぞれ次に示す式により算出した。 The specific surface area change rate and the pore volume change rate described in the following examples were calculated by the following formulas, respectively.

Figure 0007018754000002
Figure 0007018754000002

また、触媒の反応性を評価するため、以下の試験を行った。
まず、上記方法によって作製したVを含有するシリカを主成分とする触媒担体に、コバルト前駆体溶液として硝酸コバルトを採用してインシピエントウェットネス法でCoを担持して乾燥処理、焼成処理後、還元処理、パッシベーションを施して触媒(Co/VO/SiO(xは化学的に許容される値、Co担持率は20~30質量%))を調製した。
次に、内容積300mLのオートクレーブを用い、調整した1gの触媒(Co/VO/SiO)と50mLのn-C16(n-ヘキサデカン)を仕込んだ後、230℃、2.0MPa-Gの条件下、撹拌子を800min-1で回転させながら、W(触媒質量)/F(合成ガス流量);(g・h/mol)=1.5となるようにF(合成ガス(H/CO=2)流量)を調整し、供給ガス及びオートクレーブ出口ガスの組成をガスクロマトグラフィーにより求め、CO転化率、CH選択率、CO選択率、炭化水素生産性を得た。
In addition, the following tests were conducted to evaluate the reactivity of the catalyst.
First, cobalt nitrate was adopted as a cobalt precursor solution on a catalyst carrier containing V-containing silica as a main component, which was produced by the above method, and Co was supported by an incision wetness method, and after drying and firing treatment. , Reduction treatment and passivation were applied to prepare a catalyst (Co / VO x / SiO 2 (x is a chemically acceptable value, Co carrying ratio is 20 to 30% by mass)).
Next, using an autoclave with an internal volume of 300 mL, 1 g of the adjusted catalyst (Co / VO x / SiO 2 ) and 50 mL of n-C 16 (n-hexadecane) were charged, and then 230 ° C., 2.0 MPa-G. Under the above conditions, while rotating the stirrer at 800 min -1 , F (synthetic gas (H 2 ) so that W (catalyst mass) / F (synthetic gas flow rate); (g · h / mol) = 1.5. / CO = 2) Flow rate) was adjusted, and the compositions of the supply gas and the autoclave outlet gas were determined by gas chromatography to obtain CO conversion rate, CH 4 selectivity, CO 2 selectivity, and hydrocarbon productivity.

以下の実施例に記載したCO転化率、CH選択率、CO選択率は、それぞれ次に示す式により算出した。 The CO conversion rate, CH 4 selectivity, and CO 2 selectivity described in the following examples were calculated by the following formulas, respectively.

Figure 0007018754000003
Figure 0007018754000003

表1~3に実施例、比較例中の担体中不純物濃度、スチーミングテスト結果をまとめた。なお、比較例1~5に示す触媒担体は、添加元素をVではなく、「-(無添加)」、「Al」、「Mn」、「Ce」としたものである。 Tables 1 to 3 summarize the impurity concentrations in the carriers and the steaming test results in Examples and Comparative Examples. In the catalyst carriers shown in Comparative Examples 1 to 5, the additive element was not V but "-(no additive)", "Al", "Mn", and "Ce".

(実施例1)
表1のAに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-41.5%、細孔容積変化率5.3%であった。
(実施例2)
表1のBに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-35.2%、細孔容積変化率3.3%であった。
(実施例3)
表1のCに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-35.2%、細孔容積変化率3.4%であった。
(実施例4)
表1のDに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-32.2%、細孔容積変化率1.4%であった。
(実施例5)
表1のEに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-29.4%、細孔容積変化率6.7%であった。
(実施例6)
表1のFに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-29.8%、細孔容積変化率5.8%であった。
(Example 1)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 1A, the specific surface area change rate was -41.5% and the pore volume change rate was 5.3%.
(Example 2)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 1B, the specific surface area change rate was -35.2% and the pore volume change rate was 3.3%.
(Example 3)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 1C, the specific surface area change rate was -35.2% and the pore volume change rate was 3.4%.
(Example 4)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 1D, the specific surface area change rate was -32.2% and the pore volume change rate was 1.4%.
(Example 5)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 1E, the specific surface area change rate was −29.4% and the pore volume change rate was 6.7%.
(Example 6)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 1F, the specific surface area change rate was −29.8% and the pore volume change rate was 5.8%.

(実施例7)
表1のCに示すような触媒担体を用いてCo5wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:137.1ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:9.5ppm、Mg濃度:0.7ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:147.3ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率11.6%、CH選択率9.8%、CO選択率0.3%、炭素数5以上の炭化水素生産性は0.3(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であった。
(Example 7)
FT synthesis catalyst carrying 5 wt% Co using a catalyst carrier as shown in C in Table 1 (Na content: 137.1 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 9.5 ppm, Mg concentration: 0 .7 ppm, total Na, K, Ca, Mg content: 147.3 ppm) was prepared, and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 11.6%, the CH 4 selectivity was 9.8%, and the CO 2 was selected. The hydrocarbon productivity with a rate of 0.3% and 5 or more carbon atoms was 0.3 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour).

(実施例8)
表1のCに示すような触媒担体を用いてCo20wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:115.5ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:124.1ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率40.6%、CH選択率7.8%、CO選択率0.2%、炭素数5以上の炭化水素生産性は1.2(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であった。
(Example 8)
FT synthesis catalyst carrying 20 wt% Co using a catalyst carrier as shown in C in Table 1 (Na content: 115.5 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration: 0.6 ppm) , Na, K, Ca, Mg content total: 124.1 ppm) was prepared and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 40.6%, the CH 4 selectivity was 7.8%, and the CO 2 selectivity was 0. The hydrocarbon productivity of .2% and 5 or more carbon atoms was 1.2 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour).

(実施例9)
表1のCに示すような触媒担体を用いてCo50wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:72.3ppm、K含有量:0ppm、Ca含有量:5ppm、Mg濃度:0.3ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:77.7ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率75.1%、CH選択率6.2%、CO選択率1.3%、炭素数5以上の炭化水素生産性は2.3(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であった。
(Example 9)
FT synthesis catalyst carrying 50 wt% Co using a catalyst carrier as shown in C in Table 1 (Na content: 72.3 ppm, K content: 0 ppm, Ca content: 5 ppm, Mg concentration: 0.3 ppm, Na , K, Ca, Mg content total: 77.7 ppm) was prepared and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 75.1%, the CH 4 selectivity was 6.2%, and the CO 2 selectivity was 1.3. %, The hydrocarbon productivity of 5 or more carbon atoms was 2.3 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour).

(実施例10)
表1のCに示すような触媒担体を用いてCo20wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:115.5ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:124.1ppm)を調製し、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-36.6%、細孔容積変化率-4.0%であった。
(Example 10)
FT synthesis catalyst carrying 20 wt% Co using a catalyst carrier as shown in C in Table 1 (Na content: 115.5 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration: 0.6 ppm) , Na, K, Ca, Mg content total: 124.1 ppm) was prepared and a steaming test was performed. As a result, the specific surface area change rate was -36.6% and the pore volume change rate was -4.0%. rice field.

(実施例11)
実施例10に示すスチーミングテスト後、還元処理、パッシベーションを施して、FT合成反応を行ったところ、比較例2(V含有無し、後述)に示すスチーミングテスト後、還元処理、パッシベーションを施して、FT合成反応を行った場合、及び表3のKに示す触媒担体にCo20wt%を担持した触媒(Na含有量:115.5ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm)を用いてスチーミングテスト後、還元処理、パッシベーションを施してFT合成反応を行った場合と比較して、CO転化率は2倍であった。Vを含有するシリカを主成分とする触媒担体にCoを担持した触媒では、同一組成でもスチームに対する耐性が高いため、スチーミングテスト後でも相対的に高い活性を示した。
(Example 11)
After the steaming test shown in Example 10, reduction treatment and passage were performed to carry out an FT synthesis reaction. As a result, after the steaming test shown in Comparative Example 2 (no V content, described later), reduction treatment and passage were performed. , FT synthesis reaction, and catalyst supporting 20 wt% of Co on the catalyst carrier shown in K in Table 3 (Na content: 115.5 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration. : 0.6 ppm), the CO conversion rate was doubled as compared with the case where the FT synthesis reaction was carried out by performing the reduction treatment and the passivation after the steaming test. A catalyst in which Co was carried on a catalyst carrier containing V-containing silica as a main component showed relatively high activity even after a steaming test because it had high resistance to steam even with the same composition.

(実施例12)
実施例10に示すスチーミングテスト後、触媒1gをイオン交換水100mlに分散させ、超音波発振機にてスラリーに30分間超音波を照射した。超音波照射前後の粒度分布をコールターカウンターで測定し、超音波照射による30μm以下の微粉増加量を確認したところ、比較例2に示すスチーミングテスト後、超音波照射した場合と比較して微粉増加量は2割少なかった。Vを含有するシリカを主成分とする触媒担体にCoを担持した触媒では、スチームに対する耐性が高いため、スチーミングテスト後でも相対的に高い強度を示した。
(Example 12)
After the steaming test shown in Example 10, 1 g of the catalyst was dispersed in 100 ml of ion-exchanged water, and the slurry was irradiated with ultrasonic waves for 30 minutes with an ultrasonic oscillator. The particle size distribution before and after ultrasonic irradiation was measured with a Coulter counter, and the amount of increase in fine powder of 30 μm or less due to ultrasonic irradiation was confirmed. The amount was 20% less. The catalyst in which Co was carried on a catalyst carrier containing V-containing silica as a main component showed relatively high strength even after the steaming test because of its high resistance to steam.

(実施例13)
表2のGに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-32.0%、細孔容積変化率3.2%であった。
(Example 13)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in G in Table 2, the specific surface area change rate was -32.0% and the pore volume change rate was 3.2%.

(実施例14)
表2のGに示すような触媒担体を用いてCo20wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:195.2ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:203.8ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率32.0%、CH選択率8.3%、CO選択率0.3%、炭素数5以上の炭化水素生産性は0.9(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であった。
(Example 14)
FT synthesis catalyst carrying 20 wt% Co using a catalyst carrier as shown in G in Table 2 (Na content: 195.2 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration: 0.6 ppm , Na, K, Ca, Mg content total: 203.8 ppm) was prepared and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 32.0%, the CH 4 selectivity was 8.3%, and the CO 2 selectivity was 0. The hydrocarbon productivity of 3.3% and 5 or more carbon atoms was 0.9 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour).

(実施例15)
表2のHに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-32.6%、細孔容積変化率4.0%であった。
(実施例16)
表2のHに示すような触媒担体を用いてCo20wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:434.3ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:442.9ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率34.2%、CH選択率7.9%、CO選択率0.3%、炭素数5以上の炭化水素生産性は1.0(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であった。
(Example 15)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 2H, the specific surface area change rate was -32.6% and the pore volume change rate was 4.0%.
(Example 16)
FT synthesis catalyst carrying 20 wt% Co using a catalyst carrier as shown in H in Table 2 (Na content: 434.3 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration: 0.6 ppm) , Na, K, Ca, Mg content total: 442.9 ppm) was prepared and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 34.2%, the CH 4 selectivity was 7.9%, and the CO 2 selectivity was 0. The hydrocarbon productivity of 3.3% and 5 or more carbon atoms was 1.0 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour).

(実施例17)
表2のIに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-32.3%、細孔容積変化率5.5%であった。
(実施例18)
表2のIに示すような触媒担体を用いてCo20wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:796.8ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:805.4ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率14.2%、CH選択率8.1%、CO選択率0.4%、炭素数5以上の炭化水素生産性は0.4(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であった。
(Example 17)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 2I, the specific surface area change rate was -32.3% and the pore volume change rate was 5.5%.
(Example 18)
FT synthesis catalyst carrying 20 wt% Co using a catalyst carrier as shown in Table 2 I (Na content: 796.8 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration: 0.6 ppm) , Na, K, Ca, Mg content total: 805.4 ppm) was prepared and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 14.2%, the CH 4 selectivity was 8.1%, and the CO 2 selectivity was 0. The hydrocarbon productivity of 0.4% and 5 or more carbon atoms was 0.4 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour).

(実施例14)
表2のJに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-33.4%、細孔容積変化率8.8%であった。
(Example 14)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 2J, the specific surface area change rate was -33.4% and the pore volume change rate was 8.8%.

(比較例1)
表3のKに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-89.5%、細孔容積変化率-25.6%であった。
(Comparative Example 1)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 3 K, the specific surface area change rate was -89.5% and the pore volume change rate was -25.6%.

(比較例2)
表3のKに示すような触媒担体を用いて、Co担持量が20wt%となるようにFT合成触媒(Na含有量:116ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:124.6ppm)を調製し、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率51.5%、細孔容積変化率-13.1%であった。
(Comparative Example 2)
Using a catalyst carrier as shown in K in Table 3, the FT synthesis catalyst (Na content: 116 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration so that the Co-supported amount is 20 wt%). : 0.6 ppm, total Na, K, Ca, Mg content: 124.6 ppm) was prepared and a steaming test was performed. As a result, the specific surface area change rate was 51.5% and the pore volume change rate was -13.1. %Met.

(比較例3)
表3のLに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-64.8%、細孔容積変化率-42.1%であった。
(Comparative Example 3)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in L in Table 3, the specific surface area change rate was -64.8% and the pore volume change rate was -42.1%.

(比較例4)
表3のMに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-84.7%、細孔容積変化率-80.1%であった。
(Comparative Example 4)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in M in Table 3, the specific surface area change rate was -84.7% and the pore volume change rate was -80.1%.

(比較例5)
表3のNに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-83.2%、細孔容積変化率-81.9%であった。
(Comparative Example 5)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in Table 3 N, the specific surface area change rate was -83.2% and the pore volume change rate was -81.9%.

(比較例6)
表3のOに示すような触媒担体を用いて、スチーミングテストを行ったところ、比表面積変化率-37.9%、細孔容積変化率1.7%であった。
(比較例7)
表3のOに示すような触媒担体を用いてCo20wt%を担持したFT合成触媒(Na含有量:2,390ppm、K含有量:0.1ppm、Ca含有量:8ppm、Mg濃度:0.6ppm、Na,K,Ca,Mg含有量合計:2,399ppm)を調製し、FT合成反応を行ったところ、CO転化率5.1%、CH選択率14.4%、CO選択率0.1%、炭素数5以上の炭化水素生産性は0.1(kg-炭化水素/kg-触媒/時間)であり反応活性が劣る結果となった。
(Comparative Example 6)
When a steaming test was performed using a catalyst carrier as shown in O in Table 3, the specific surface area change rate was -37.9% and the pore volume change rate was 1.7%.
(Comparative Example 7)
FT synthesis catalyst carrying 20 wt% Co using a catalyst carrier as shown in O in Table 3 (Na content: 2,390 ppm, K content: 0.1 ppm, Ca content: 8 ppm, Mg concentration: 0.6 ppm) , Na, K, Ca, Mg content total: 2,399 ppm), and the FT synthesis reaction was carried out. As a result, the CO conversion rate was 5.1%, the CH 4 selectivity was 14.4%, and the CO 2 selectivity was 0. The hydrocarbon productivity of 0.1% and 5 or more carbon atoms was 0.1 (kg-hydrocarbon / kg-catalyst / hour), resulting in inferior reaction activity.

Figure 0007018754000004
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Figure 0007018754000005
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Figure 0007018754000006
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Claims (14)

シリカを主成分とする触媒担体に、コバルトが担持されてなる触媒であって、当該触媒中のバナジウムの含有量が0.1~10.0質量%であり、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量の合計が0.01~0.15質量%であることを特徴とする合成ガスから炭化水素を製造する触媒。 It is a catalyst in which cobalt is supported on a catalyst carrier containing silica as a main component, and the content of vanadium in the catalyst is 0.1 to 10.0% by mass, and sodium, potassium, calcium, and magnesium. A catalyst for producing a hydrocarbon from a synthetic gas, characterized in that the total impurity content of the above is 0.01 to 0.15% by mass. 前記コバルトの担持率が金属換算で5~50質量%であることを特徴とする請求項1に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒。 The catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to claim 1, wherein the carrying ratio of cobalt is 5 to 50% by mass in terms of metal. 前記バナジウムの含有量が0.2~2.0質量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒。 The catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to claim 1 or 2, wherein the content of vanadium is 0.2 to 2.0% by mass. 前記触媒担体が球状であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒。 The catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst carrier is spherical. 珪酸アルカリ水溶液と酸水溶液とを混合して生成したシリカゾルをゲル化し、さらに乾燥してシリカとし、
前記シリカに、バナジウムを0.1~10.0質量%含有させた後、乾燥及び焼成し、さらにナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量が0.01~0.15質量%となるよう調整して触媒担体を作製し、
当該触媒担体に、コバルトを担持させて製造することを特徴とする合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。
The silica sol produced by mixing an aqueous alkali silicate solution and an aqueous acid solution is gelled and further dried to obtain silica.
The silica contains 0.1 to 10.0% by mass of vanadium, then dried and fired, and further, the impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium becomes 0.01 to 0.15% by mass. To prepare a catalyst carrier,
A method for producing a hydrocarbon from a synthetic gas, which comprises supporting cobalt on the catalyst carrier.
前記触媒担体中のナトリウムの含有量が0.01~0.10質量%であることを特徴とする請求項5に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。 The method for producing a hydrocarbon from a synthetic gas according to claim 5, wherein the content of sodium in the catalyst carrier is 0.01 to 0.10% by mass. 前記触媒中のナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量が0.01~0.15質量%になるように製造することを特徴とする請求項5又は6に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。 Hydrocarbon from the synthetic gas according to claim 5 or 6, wherein the catalyst is produced so that the impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium is 0.01 to 0.15% by mass. A method for manufacturing a catalyst. 前記シリカにバナジウムを含有させて触媒担体を作製する際において、
前記シリカに、含浸法、インシピエントウェットネス法、沈殿法、又はイオン交換法を用いて、バナジウムを含有させた後、乾燥処理、又は乾燥処理及び焼成処理を行って触媒担体を作製することを特徴とする請求項5~7のいずれか1項に記載の合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法。
In producing a catalyst carrier by incorporating vanadium into the silica,
A catalyst carrier is prepared by impregnating the silica with vanadium using an impregnation method, an infant wetness method, a precipitation method, or an ion exchange method, and then performing a drying treatment, a drying treatment, and a firing treatment. The method for producing a catalyst for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to any one of claims 5 to 7.
請求項1~4のいずれか1項に記載の触媒、又は、請求項5~8のいずれか1項に記載の製造方法で製造された触媒を用いて、合成ガスから炭化水素を製造することを特徴とする合成ガスから炭化水素を製造する方法。 Producing a hydrocarbon from syngas using the catalyst according to any one of claims 1 to 4 or the catalyst produced by the production method according to any one of claims 5 to 8. A method for producing a hydrocarbon from a synthetic gas characterized by. スラリー床での液相反応で製造することを特徴とする請求項9に記載の合成ガスから炭化水素を製造する方法。 The method for producing a hydrocarbon from a synthetic gas according to claim 9, wherein the hydrocarbon is produced by a liquid phase reaction in a slurry bed. 前記液相反応において、触媒量、合成ガス供給量、反応温度、反応圧力を調整し、合成ガスを反応器に一度だけ通過させた状態のCO転化率であるワンパスCO転化率を40~95%とすることを特徴とする請求項10に記載の合成ガスから炭化水素を製造する方法。 In the liquid phase reaction, the one-pass CO conversion rate, which is the CO conversion rate in a state where the catalyst amount, the synthetic gas supply amount, the reaction temperature, and the reaction pressure are adjusted and the synthetic gas is passed through the reactor only once, is 40 to 95%. The method for producing a hydrocarbon from the synthetic gas according to claim 10 . 合成ガスから炭化水素を製造する触媒に使用する触媒担体であって、
シリカを主成分とし、バナジウム含有量が0.1~10.0質量%、且つ、ナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの不純物含有量の合計が0.01~0.15質量%であることを特徴とする触媒担体。
A catalyst carrier used in catalysts for producing hydrocarbons from syngas.
The main component is silica, the vanadium content is 0.1 to 10.0% by mass, and the total impurity content of sodium, potassium, calcium, and magnesium is 0.01 to 0.15% by mass. Characteristic catalyst carrier.
前記ナトリウムの含有量が0.01~0.10質量%であることを特徴とする請求項12に記載の触媒担体。 The catalyst carrier according to claim 12, wherein the sodium content is 0.01 to 0.10% by mass. 前記バナジウムの含有量が0.2~2.0質量%であることを特徴とする請求項12又は13に記載の触媒担体。 The catalyst carrier according to claim 12 or 13, wherein the content of vanadium is 0.2 to 2.0% by mass.
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