Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7589148B2 - Method for producing ethylene and method for producing polymer - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7589148B2 - Method for producing ethylene and method for producing polymer - Google Patents

Method for producing ethylene and method for producing polymer Download PDF

Info

Publication number
JP7589148B2
JP7589148B2 JP2021530689A JP2021530689A JP7589148B2 JP 7589148 B2 JP7589148 B2 JP 7589148B2 JP 2021530689 A JP2021530689 A JP 2021530689A JP 2021530689 A JP2021530689 A JP 2021530689A JP 7589148 B2 JP7589148 B2 JP 7589148B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ethylene
ethanol
carbon atoms
purification step
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2021530689A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2021006245A1 (en
Inventor
周知 佐藤
憲男 沼田
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.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sekisui Chemical Co Ltd filed Critical Sekisui Chemical Co Ltd
Publication of JPWO2021006245A1 publication Critical patent/JPWO2021006245A1/ja
Priority to JP2024197608A priority Critical patent/JP7791966B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7589148B2 publication Critical patent/JP7589148B2/en
Priority to JP2025244302A priority patent/JP2026040504A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • C07C1/24Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms by elimination of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02Alkenes
    • C07C11/04Ethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F10/02Ethene
    • 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
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

本発明は、廃棄物由来のエタノールを含む原料エタノールからエチレンを製造するエチレンの製造方法、及びその製造方法で得られたエチレンを原料として重合体を製造する重合体の製造方法に関する。The present invention relates to a method for producing ethylene from raw material ethanol, including ethanol derived from waste, and a method for producing a polymer using the ethylene obtained by the production method as a raw material.

従来、エチレンは、ナフサ、原油、天然ガス等を原料として製造される。エチレンは、重合反応および重合体の品質上の要求から高い純度が要求されている。例えば、高圧法によるエチレン重合では、99.9%以上の純度のエチレンが用いられる。そのため、従来、エチレンなどの原料オレフィンを精製した後、原料オレフィンを重合する技術が知られている。Traditionally, ethylene is produced using naphtha, crude oil, natural gas, etc. as raw materials. High purity ethylene is required due to requirements for the polymerization reaction and the quality of the polymer. For example, in ethylene polymerization using high-pressure methods, ethylene with a purity of 99.9% or more is used. For this reason, a technique has been known in the past in which raw olefins such as ethylene are purified and then polymerized.

例えば、特許文献1では、二酸化炭素を不純物として含有する、原料オレフィンを活性アルミナとゼオライトの混合物からなるハイブリッド系吸着剤と接触させ、原料オレフィンを精製した後に、精製オレフィンを遷移金属錯体触媒に接触させて重合することを特徴とする、オレフィンの重合方法に係る発明が記載されている。
特許文献1によれば、従来使用されているチーグラー・ナッタ触媒が有する欠点が少ないメタロセン触媒が開発されていること、メタロセン触媒は原料オレフィン中の不純物に対して極めて敏感であること、ナフサ、原油、天然ガス等を用いて得られる工業用エチレン中には数ppm(容量)~数百ppm(容量)程度の二酸化炭素が含まれること、二酸化炭素は、メタロセン触媒の重合において触媒毒として悪影響をもたらすことが記載されている。そして、特許文献1に記載の発明は、前記ハイブリッド系吸着剤を用いて経済的で、簡易かつ効率的に二酸化炭素を除去することで、メタロセン触媒等の遷移金属錯体触媒によるオレフィン重合において、不純物による触媒活性の低下を十分に抑止でき、高い生産性で重合体を工業的に安定して生産することが可能となることが記載されている。
For example, Patent Document 1 describes an invention relating to an olefin polymerization method, which is characterized in that a raw material olefin containing carbon dioxide as an impurity is brought into contact with a hybrid adsorbent made of a mixture of activated alumina and zeolite to purify the raw material olefin, and then the purified olefin is brought into contact with a transition metal complex catalyst to polymerize it.
According to Patent Document 1, a metallocene catalyst has been developed that has few of the drawbacks of the Ziegler-Natta catalysts that have been used conventionally, that the metallocene catalyst is extremely sensitive to impurities in the raw olefin, that industrial ethylene obtained from naphtha, crude oil, natural gas, etc. contains carbon dioxide at about several ppm (volume) to several hundred ppm (volume), and that carbon dioxide has an adverse effect as a catalyst poison in polymerization with a metallocene catalyst. The invention described in Patent Document 1 also describes that by using the hybrid adsorbent to economically, simply, and efficiently remove carbon dioxide, it is possible to sufficiently suppress the decrease in catalytic activity caused by impurities in olefin polymerization with a transition metal complex catalyst such as a metallocene catalyst, and it is possible to industrially and stably produce polymers with high productivity.

近年、カーボンニュートラルや炭素循環の重要性が議論されているところ、サトウキビ等から製造されるバイオエタノール、廃棄物由来のエタノール等が研究されている。このうち、バイオエタノールは、食料競合や生物多様性の観点から問題があり、廃棄物由来のエタノールが注目されつつある。In recent years, the importance of carbon neutrality and carbon circulation has been debated, and bioethanol produced from sources such as sugarcane and ethanol derived from waste is being researched. Of these, bioethanol is problematic in terms of competition with food and biodiversity, so ethanol derived from waste is gaining attention.

特開2017-137464号公報JP 2017-137464 A

しかしながら、廃棄物由来のエタノールを原料として、従来技術を適用して、エチレン、さらにそのエチレンを用いて重合体を製造すると、従来の工業用エチレンとは由来が異なるため、重合反応が適切に進行せず、また、重合体の品質が十分でない場合があることが判明した。However, when conventional technology is applied to use waste-derived ethanol as a raw material to produce ethylene and then polymers using that ethylene, it has been found that because the origin is different from conventional industrial ethylene, the polymerization reaction does not proceed properly and the polymer quality may be insufficient.

そこで、本発明は、廃棄物由来のエタノールを原料としてエチレンを製造した場合でも、エチレンの重合反応が適切に進行し、かつ得られる重合体の品質が良好となるエチレンの製造方法を提供することを課題とする。Therefore, the objective of the present invention is to provide a method for producing ethylene in which the ethylene polymerization reaction proceeds properly and the obtained polymer is of good quality, even when ethylene is produced using waste-derived ethanol as a raw material.

本発明は、以下の[1]~[8]を要旨とする。
[1]廃棄物由来のエタノールを含む原料エタノールから、エチレンを含むエチレン含有生成物を得るエチレン生成工程と、
前記エチレン生成工程の前に、前記原料エタノールを精製する第1の精製工程、及び前記エチレン生成工程の後に前記エチレン含有生成物を精製する第2の精製工程の少なくともいずれかとを含む、
エチレンの製造方法。
[2]前記第1の精製工程が、前記原料エタノールから炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、及び炭素数3~10のエーテルからなる群から選択される少なくとも1つを除去することを含む、上記[1]に記載のエチレンの製造方法。
[3]前記第2の精製工程が、前記エチレン含有生成物から炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、炭素数3~10のエーテル、一酸化炭素、及び酸素からなる群から選択される少なくとも1つを除去することを含む、上記[1]又は[2]に記載のエチレンの製造方法。
[4]前記炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素が、プロピレンを含む、上記[2]または[3]に記載のエチレンの製造方法。
[5]前記炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素が、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素を含む、上記[2]~[4]のいずれか1項に記載のエチレンの製造方法。
[6]前記炭素数3~10のアルコールが、2-プロパノールを含む、上記[2]~[5]のいずれか1項に記載のエチレンの製造方法。
[7]前記炭素数3~10のエーテルが、ジブチルエーテルを含む、上記[2]~[6]のいずれか1項に記載のエチレンの製造方法。
[8]上記[1]~[7]のいずれか1項に記載の方法で製造されるエチレンを含むモノマーを重合して重合体を得る重合工程を含む、重合体の製造方法。
The present invention relates to the following items [1] to [8].
[1] an ethylene production step of obtaining an ethylene-containing product containing ethylene from raw material ethanol containing ethanol derived from waste;
The method includes at least one of a first purification step of purifying the raw material ethanol before the ethylene production step, and a second purification step of purifying the ethylene-containing product after the ethylene production step.
A method for producing ethylene.
[2] The method for producing ethylene according to the above [1], wherein the first purification step includes removing at least one selected from the group consisting of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, and ethers having 3 to 10 carbon atoms from the raw material ethanol.
[3] The method for producing ethylene according to the above [1] or [2], wherein the second purification step comprises removing at least one selected from the group consisting of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, ethers having 3 to 10 carbon atoms, carbon monoxide, and oxygen from the ethylene-containing product.
[4] The method for producing ethylene according to the above [2] or [3], wherein the aliphatic unsaturated hydrocarbon having 3 to 14 carbon atoms includes propylene.
[5] The method for producing ethylene according to any one of the above [2] to [4], wherein the aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms include aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms.
[6] The method for producing ethylene according to any one of the above [2] to [5], wherein the alcohol having 3 to 10 carbon atoms includes 2-propanol.
[7] The method for producing ethylene according to any one of the above [2] to [6], wherein the ether having 3 to 10 carbon atoms includes dibutyl ether.
[8] A method for producing a polymer, comprising a polymerization step of polymerizing an ethylene-containing monomer produced by the method according to any one of the above [1] to [7] to obtain a polymer.

本発明によれば、廃棄物由来のエタノールを原料としてエチレンを製造した場合でも、エチレンの重合反応が好適に進行し、かつ得られる重合体の品質が良好となる。According to the present invention, even when ethylene is produced using waste-derived ethanol as a raw material, the ethylene polymerization reaction proceeds smoothly and the quality of the obtained polymer is good.

以下、本発明について、実施形態を参照して説明する。
本発明は、廃棄物由来のエタノールを含む原料エタノールから、エチレンを含むエチレン含有生成物を得るエチレン生成工程と、エチレン生成工程の前に、原料エタノールを精製する第1の精製工程、及びエチレン生成工程の後にエチレン含有生成物を精製する第2の精製工程の少なくともいずれかとを含むものである。
本発明においては、エチレン生成工程の前、後、又はこれら両方に精製工程を行うことで、廃棄物由来のエタノールを原料とした場合でも、エチレンの重合反応が適切に進行し、かつ、重合体の分子量が十分に高くなるなど得られる重合体の品質が良好となる。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments.
The present invention includes an ethylene production step of obtaining an ethylene-containing product containing ethylene from raw material ethanol including ethanol derived from a waste material, and at least one of a first purification step of purifying the raw material ethanol before the ethylene production step and a second purification step of purifying the ethylene-containing product after the ethylene production step.
In the present invention, by carrying out a purification step before or after the ethylene production step, or both, even when waste-derived ethanol is used as the raw material, the ethylene polymerization reaction proceeds appropriately and the molecular weight of the polymer obtained becomes sufficiently high, resulting in a good quality polymer.

以下、本発明について詳細に説明する。
[原料エタノール]
本発明で原料として使用する原料エタノールは、廃棄物由来のエタノールを含むものである。廃棄物由来のエタノールは、廃棄物を燃焼、熱分解などさせることで得られる廃棄物由来ガスから生成される。
廃棄物としては、産業固形廃棄物などの産業廃棄物でもよいし、都市固形廃棄物(MSW)などの一般廃棄物でもよく、プラスチック廃棄物、生ゴミ、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、食料廃棄物、建築資材、木材、木質チップ、繊維、紙類等の可燃性物質が挙げられる。これらのなかでは、都市固形廃棄物(MSW)が好ましい。
廃棄物由来ガスは、好ましくはガス資化性微生物又は金属触媒のいずれかにより、エタノールに変換される。
The present invention will be described in detail below.
[Raw material ethanol]
The raw material ethanol used as a raw material in the present invention includes ethanol derived from waste materials. Waste-derived ethanol is produced from waste-derived gas obtained by burning or pyrolyzing waste materials.
The waste may be industrial waste such as industrial solid waste, or may be general waste such as municipal solid waste (MSW), including combustible materials such as plastic waste, food waste, discarded tires, biomass waste, food waste, building materials, wood, wood chips, fibers, paper, etc. Of these, municipal solid waste (MSW) is preferred.
The waste-derived gas is preferably converted to ethanol by either gas-utilizing microorganisms or metal catalysts.

廃棄物由来ガスは、好ましくは一酸化炭素及び水素を含む合成ガスである。以下、廃棄物由来ガスが合成ガスである場合の例を詳細に説明する。合成ガスは、廃棄物をガス化させることによって原料ガスを生成する原料ガス生成工程を行い、さらに、生成された原料ガスから様々な汚染物質、ばいじん粒子、不純物、好ましくない量の化合物等の特定の物質を、除去ないし低減させる合成ガス精製工程を行うことで得ることができる。The waste-derived gas is preferably a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen. An example in which the waste-derived gas is synthesis gas will be described in detail below. Synthesis gas can be obtained by carrying out a raw material gas production process in which raw material gas is produced by gasifying waste, and then carrying out a synthesis gas purification process in which specific substances such as various pollutants, soot particles, impurities, and undesirable amounts of compounds are removed or reduced from the produced raw material gas.

(原料ガス生成工程)
原料ガス生成工程において廃棄物のガス化は、例えばガス化炉を用いるとよい。ガス化炉は、炭素源を燃焼(不完全燃焼)させる炉であり、例えば、シャフト炉、キルン炉、流動床炉、ガス化改質炉、プラズマガス化炉等が挙げられる。廃棄物を原料ガスにガス化する際の温度は、特に制限されるものではないが、通常100~2500℃であり、好ましくは200~2100℃である。
(Raw material gas generation process)
In the raw gas generation process, the waste may be gasified using, for example, a gasification furnace. The gasification furnace is a furnace that burns (incompletely combusts) a carbon source, and examples of such a furnace include a shaft furnace, a kiln furnace, a fluidized bed furnace, a gasification reforming furnace, and a plasma gasification furnace. The temperature at which the waste is gasified into the raw gas is not particularly limited, but is usually 100 to 2500°C, and preferably 200 to 2100°C.

廃棄物をガス化して得られる原料ガスは、一酸化炭素および水素を含むとよいが、二酸化炭素、酸素、窒素をさらに含んでもよい。また、原料ガスは、スス、タール、窒素化合物、硫黄化合物、リン系化合物、有機化合物等の成分をさらに含んでもよい。原料ガスは、典型的には、一酸化炭素を0.1体積%以上80体積%以下、水素を0.1体積%以上80体積%以下含む。また、二酸化炭素を0.1体積%以上70体積%以下含むとよい。The raw gas obtained by gasifying waste preferably contains carbon monoxide and hydrogen, but may further contain carbon dioxide, oxygen, and nitrogen. The raw gas may further contain components such as soot, tar, nitrogen compounds, sulfur compounds, phosphorus compounds, and organic compounds. The raw gas typically contains 0.1% to 80% by volume of carbon monoxide and 0.1% to 80% by volume of hydrogen. The raw gas may also contain 0.1% to 70% by volume of carbon dioxide.

原料ガスは、廃棄物を燃焼(不完全燃焼)させる熱処理(通称:ガス化)を行うことにより、即ち、廃棄物を部分酸化させることにより、一酸化炭素を、特に制限はないが、0.1体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上含むガスとして生成されるとよい。The raw material gas is produced by subjecting the waste to a heat treatment (commonly known as gasification) in which the waste is combusted (incomplete combustion), i.e., by partially oxidizing the waste, and the gas contains carbon monoxide in an amount of, although there is no particular restriction, 0.1% by volume or more, preferably 10% by volume or more, and more preferably 20% by volume or more.

(合成ガス精製工程)
原料ガスは、上記の通り様々な汚染物質、ばいじん粒子、不純物、好ましくない量の化合物等の特定の物質を除去ないし低減することで合成ガスとするとよい。合成ガスを微生物発酵によりにエタノールを得る場合には、原料ガスから、微生物の安定培養に好ましくない物質や、好ましくない量の化合物等を低減ないし除去し、原料ガスに含まれる各成分の含有量が微生物の安定培養に好適な範囲となるようにしておくことが好ましい。また、合成ガスより金属触媒を用いてエタノールを得る場合にも、金属触媒を失活させる物質を低減ないし除去するとよい。
(Synthetic gas refining process)
As described above, the raw gas may be converted into a synthetic gas by removing or reducing specific substances such as various pollutants, dust particles, impurities, and undesirable amounts of compounds. When ethanol is obtained from synthetic gas by microbial fermentation, it is preferable to reduce or remove substances that are undesirable for stable culture of microorganisms and undesirable amounts of compounds from the raw gas so that the content of each component contained in the raw gas is within a range suitable for stable culture of microorganisms. Also, when ethanol is obtained from synthetic gas using a metal catalyst, it is preferable to reduce or remove substances that deactivate the metal catalyst.

合成ガス精製工程では、例えば、ガスチラーなどよりなる水分分離装置、低温分離方式(深冷方式)の分離装置、サイクロン、バグフィルターの各種フィルターで代表されるススなどの微粒子を分離する微粒子分離装置、スクラバーなどの水溶性不純物分離装置、脱硫装置(硫化物分離装置)、膜分離方式の分離装置、脱酸素装置、圧力スイング吸着方式の分離装置(PSA)、温度スイング吸着方式の分離装置(TSA)、圧力温度スイング吸着方式の分離装置(PTSA)、活性炭を用いた分離装置、脱酸素触媒、具体的には、銅触媒またはパラジウム触媒を用いた分離装置等のうちの1種または2種以上などを用いて処理を行うことで原料ガスを精製して、合成ガスを得るとよい。In the synthetic gas purification process, the raw gas may be purified by processing using one or more of the following: a moisture separator consisting of a gas chiller, a low-temperature separation method (cryogenic method) separator, a particulate separator for separating particulates such as soot, represented by various filters such as a cyclone or a bag filter, a water-soluble impurity separator such as a scrubber, a desulfurization device (sulfide separator), a membrane separation method separator, a deoxygenation device, a pressure swing adsorption method separator (PSA), a temperature swing adsorption method separator (TSA), a pressure temperature swing adsorption method separator (PTSA), a separator using activated carbon, and a deoxygenation catalyst, specifically a separator using a copper catalyst or a palladium catalyst, to obtain a synthetic gas.

また、微生物発酵によりにエタノールを得る場合には、原料ガス中の二酸化炭素ガス濃度を低減させることが好ましい。例えば、ゼオライトを含む再生吸着材を充填した圧力スイング吸着方式の分離装置を用いて、合成ガス中の二酸化炭素ガスを再生吸着材に吸着させ、合成ガス中の二酸化炭素ガス濃度を低減することが好ましい。 When ethanol is obtained by microbial fermentation, it is preferable to reduce the carbon dioxide gas concentration in the raw gas. For example, it is preferable to use a pressure swing adsorption type separation device filled with a regenerated adsorbent containing zeolite to adsorb the carbon dioxide gas in the synthesis gas onto the regenerated adsorbent, thereby reducing the carbon dioxide gas concentration in the synthesis gas.

得られる合成ガスは、上記のとおり少なくとも一酸化炭素及び水素を必須成分として含み、二酸化炭素、窒素をさらに含むとよい。合成ガス中の一酸化炭素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常20体積%以上80体積%以下であり、好ましくは25体積%以上50体積%以下であり、より好ましくは30体積%以上45体積%以下である。
合成ガス中の水素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常10体積%以上80体積%以下であり、好ましくは30体積%以上55体積%以下であり、より好ましくは30体積%以上50体積%以下である。
The resulting synthesis gas contains at least carbon monoxide and hydrogen as essential components as described above, and may further contain carbon dioxide and nitrogen. The carbon monoxide concentration in the synthesis gas is usually 20% by volume or more and 80% by volume or less, preferably 25% by volume or more and 50% by volume or less, and more preferably 30% by volume or more and 45% by volume or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.
The hydrogen concentration in the synthesis gas is usually 10 vol. % or more and 80 vol. % or less, preferably 30 vol. % or more and 55 vol. % or less, and more preferably 30 vol. % or more and 50 vol. % or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.

合成ガス中の二酸化炭素濃度は、特に限定されないが、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常0.1体積%以上40体積%以下、好ましくは0.3体積%以上30体積%以下である。二酸化炭素濃度は、微生物発酵により、エタノール生成を行う場合に二酸化炭素濃度を低くすることが特に好ましく、そのような観点から、より好ましくは0.5体積%以上25体積%以下である。
合成ガス中の窒素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常40体積%以下であり、好ましくは1体積%以上20体積%以下であり、より好ましくは5体積%以上15体積%以下である。
The carbon dioxide concentration in the synthesis gas is not particularly limited, but is usually 0.1 to 40% by volume, preferably 0.3 to 30% by volume, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas. It is particularly preferable to lower the carbon dioxide concentration when ethanol is produced by microbial fermentation, and from this viewpoint, the carbon dioxide concentration is more preferably 0.5 to 25% by volume.
The nitrogen concentration in the synthesis gas is usually 40 vol. % or less, preferably 1 vol. % or more and 20 vol. % or less, and more preferably 5 vol. % or more and 15 vol. % or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.

合成ガスにおける一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の濃度は、廃棄物の種類、原料ガス生成工程におけるガス化温度、ガス化時の供給ガスの酸素濃度等の燃焼条件を適宜変更することで、所定の範囲とすることができる。
例えば、一酸化炭素や水素濃度を変更したい場合は、廃プラ等の炭化水素(炭素および水素)の比率が高い廃棄物に変更し、窒素濃度を低下させたい場合は原料ガス生成工程において酸素濃度の高いガスを供給する方法等がある。
さらに、原料ガス及び合成ガスの少なくともいずれかは、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の各成分の濃度調整を適宜行ってもよい。濃度調整は、これら成分の少なくとも1種を原料ガス又は合成ガスに添加するとよい。添加量は、原料ガス又は合成ガスの全量に対して、例えば50体積%未満、好ましくは30体積%未満、より好ましくは10体積%未満である。
The concentrations of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and nitrogen in the synthesis gas can be adjusted to within a predetermined range by appropriately changing combustion conditions such as the type of waste, the gasification temperature in the raw material gas production process, and the oxygen concentration of the supply gas during gasification.
For example, if you want to change the carbon monoxide or hydrogen concentration, you can change to waste with a higher ratio of hydrocarbons (carbon and hydrogen), such as waste plastic, and if you want to reduce the nitrogen concentration, you can supply gas with a higher oxygen concentration in the raw gas production process.
Furthermore, at least one of the raw material gas and the synthesis gas may be appropriately adjusted in concentration for each of the components carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen. The concentration adjustment may be performed by adding at least one of these components to the raw material gas or the synthesis gas. The amount of addition is, for example, less than 50% by volume, preferably less than 30% by volume, and more preferably less than 10% by volume, based on the total amount of the raw material gas or the synthesis gas.

(エタノール変換工程)
合成ガスは、エタノール変換工程においてエタノールに変換される。合成ガスは、エタノール変換工程において、上記のとおりガス資化性微生物又は金属触媒のいずれかにより、エタノールに変換させるとよいが、ガス資化性微生物により変換させることが好ましい。ガス資化性微生物を用いて、エタノールに変換する場合、微生物発酵槽に合成ガスを供給し、微生物発酵槽にて合成ガスを微生物発酵させて、エタノールを製造する。微生物発酵槽は、連続発酵装置とすることが好ましい。
(Ethanol conversion process)
The synthesis gas is converted to ethanol in the ethanol conversion step. As described above, the synthesis gas may be converted to ethanol in the ethanol conversion step by either a gas-assimilating microorganism or a metal catalyst, but conversion by a gas-assimilating microorganism is preferred. When conversion to ethanol is performed using a gas-assimilating microorganism, the synthesis gas is supplied to a microbial fermenter, and the synthesis gas is fermented by the microorganisms in the microbial fermenter to produce ethanol. The microbial fermenter is preferably a continuous fermentation device.

一般に、微生物発酵槽は任意の形状のものを用いることができ、撹拌型、エアリフト型、気泡塔型、ループ型、オープンボンド型、フォトバイオ型が挙げられるが、本発明においては、微生物発酵槽が、主槽部と還流部とを有する公知のループリアクターを好適に用いることができる。
微生物発酵槽に供給する合成ガスは、上記した合成ガス精製工程を経て得られた合成ガスをそのまま合成ガスとして用いてもよいし、別の所定のガスを追加してから供給してもよい。別の所定のガスとして、例えば二酸化硫黄等の硫黄化合物、リン化合物、および窒素化合物からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
Generally, the microbial fermenter may be of any shape, including stirring, airlift, bubble column, loop, open bond, and photobio types. In the present invention, however, the microbial fermenter may preferably be a known loop reactor having a main tank section and a reflux section.
The synthesis gas to be supplied to the microbial fermenter may be the synthesis gas obtained through the synthesis gas purification step described above, or may be supplied after adding another specified gas, such as at least one selected from the group consisting of sulfur compounds such as sulfur dioxide, phosphorus compounds, and nitrogen compounds.

微生物発酵槽には、合成ガスと微生物培養液とが連続的に供給されてもよいが、合成ガスと微生物培養液とを同時に供給する必要はなく、予め微生物培養液を供給した微生物発酵槽に合成ガスを供給してもよい。ある種の嫌気性微生物は、発酵作用によって、合成ガス等の基質ガスから、エタノール等を生成することが知られており、この種のガス資化性微生物は、液状の培地で培養される。例えば、液状の培地とガス資化性細菌とを供給して収容しておき、この状態で液状の培地を撹拌しつつ、微生物発酵槽内に合成ガスを供給してもよい。これにより、液状の培地中でガス資化性細菌を培養して、その発酵作用により合成ガスからエタノールを生成することができる。 The microbial fermenter may be continuously supplied with synthetic gas and microbial culture liquid, but it is not necessary to supply synthetic gas and microbial culture liquid simultaneously. Synthetic gas may be supplied to a microbial fermenter to which microbial culture liquid has been previously supplied. It is known that certain anaerobic microorganisms produce ethanol and the like from substrate gases such as synthetic gas by fermentation, and this type of gas-utilizing microorganism is cultured in a liquid medium. For example, a liquid medium and gas-utilizing bacteria may be supplied and accommodated, and synthetic gas may be supplied into the microbial fermenter while stirring the liquid medium in this state. This allows gas-utilizing bacteria to be cultured in a liquid medium, and ethanol to be produced from synthetic gas by the fermentation action of the bacteria.

微生物発酵槽において、培地の温度(培養温度)は、任意の温度を採用してよいが、好ましくは30~45℃程度、より好ましくは33~42℃程度、さらに好ましくは36.5~37.5℃程度とすることができる。また、培養時間は、好ましくは連続培養で1時間以上、より好ましくは7日以上、特に好ましくは30日以上、最も好ましくは60日以上であり、上限は特に設定されないが設備の定修等の観点から720日以下が好ましく、より好ましくは365日以下である。なお、培養時間とは、種菌を培養槽に添加してから、培養槽内の培養液を全量排出するまでの時間を意味するものとする。In the microbial fermenter, the temperature of the medium (culture temperature) may be any temperature, but is preferably about 30 to 45°C, more preferably about 33 to 42°C, and even more preferably about 36.5 to 37.5°C. The culture time is preferably at least 1 hour in continuous culture, more preferably at least 7 days, particularly preferably at least 30 days, and most preferably at least 60 days. There is no upper limit, but from the viewpoint of regular maintenance of the equipment, it is preferably 720 days or less, and more preferably 365 days or less. The culture time means the time from adding the seed bacteria to the culture tank to discharging the entire amount of the culture liquid in the culture tank.

微生物培養液に含まれる微生物(種)は、一酸化炭素を主たる原料として合成ガスを微生物発酵させることによってエタノールを製造できるものであれば、特に限定されない。例えば、微生物(種)は、ガス資化性細菌の発酵作用によって、合成ガスからエタノールを生成するものであること、特にアセチルCOAの代謝経路を有する微生物であることが好ましい。ガス資化性細菌のなかでも、クロストリジウム(Clostridium)属がより好ましく、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・アセチクム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)等が挙げられる。これらのなかでもクロストリジウム・オートエタノゲナムが特に好ましい。The microorganisms (species) contained in the microbial culture solution are not particularly limited as long as they can produce ethanol by microbial fermentation of synthetic gas using carbon monoxide as the main raw material. For example, the microorganisms (species) are preferably those that produce ethanol from synthetic gas by the fermentation action of gas-utilizing bacteria, and in particular, those that have a metabolic pathway for acetyl-COA. Among gas-utilizing bacteria, the genus Clostridium is more preferable, and examples of such bacteria include Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium aceticum, Clostridium carboxidivorans, Moorella thermoacetica, and Acetobacterium woodii. Among these, Clostridium autoethanogenum is particularly preferable.

上記した微生物(種)を培養する際に用いる培地は、菌に応じた適切な組成であれば特に限定されないが、主成分の水と、この水に溶解または分散された栄養分(例えば、ビタミン、リン酸等)とを含有する液体である。このような培地の組成は、ガス資化性細菌が良好に成育し得るように調製される。例えば、微生物にクロストリジウム属を用いる場合の培地は、米国特許出願公開第2017/260552号明細書の「0097」~「0099」等を参考にすることができる。The medium used to culture the above-mentioned microorganisms (species) is not particularly limited as long as it has an appropriate composition according to the bacteria, but is a liquid containing water as the main component and nutrients (e.g., vitamins, phosphoric acid, etc.) dissolved or dispersed in the water. The composition of such a medium is prepared so that gas-utilizing bacteria can grow well. For example, when using the genus Clostridium as the microorganism, the medium can be found in U.S. Patent Application Publication No. 2017/260552, paragraphs "0097" to "0099", etc.

微生物発酵により、エタノールを含有する培養液(エタノール含有培養液)が得られる。エタノールを含有する培養液は、次いで分離工程に付される。
分離工程では、例えば、エタノール含有培養液を、0.01~1000kPa(絶対圧)の条件下、23~500℃に加熱して、微生物を含む液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに分離するとよい。このような分離工程を実施することにより、後述するエタノールの分離精製時の蒸留操作において、蒸留装置内で発泡が生じなくなるため、連続的に蒸留操作を行うことができる。また、後述する分離精製時に効率的にエタノールの分離精製を行うことができる。
By the microbial fermentation, a culture solution containing ethanol (ethanol-containing culture solution) is obtained. The culture solution containing ethanol is then subjected to a separation step.
In the separation step, for example, the ethanol-containing culture liquid may be heated to 23 to 500° C. under conditions of 0.01 to 1000 kPa (absolute pressure) to separate the liquid or solid component containing the microorganism and the gas component containing ethanol. By carrying out such a separation step, foaming does not occur in the distillation apparatus during the distillation operation for separating and purifying ethanol, which will be described later, so that the distillation operation can be carried out continuously. Furthermore, the separation and purification of ethanol can be carried out efficiently during the separation and purification, which will be described later.

上記分離工程では、微生物やその死骸、微生物由来のタンパク質等が含まれる液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに効率的に分離する観点から、好ましくは10~200kPaの条件下、より好ましくは50~150kPaの条件下、さらに好ましくは常圧下で、好ましくは50~200℃の温度、より好ましくは80℃~180℃の温度、さらに好ましくは100~150℃の温度でエタノール含有培養液の加熱を行う。
上記分離工程で得られたエタノールを含む気体成分は、凝縮により液化してエタノール含有液とするとよい。液化工程で用いられる装置は、特に限定されないが、熱交換器、特にコンデンサー(凝縮器)を用いることが好ましい。凝縮器の例としては、水冷式、空冷式、蒸発式等が挙げられ、それらのなかでも水冷式が好ましい。凝縮器は一段でもよいし、複数段からなるものでもよい。
In the above separation step, from the viewpoint of efficiently separating the liquid or solid component containing microorganisms, their carcasses, proteins derived from microorganisms, etc., from the gas component containing ethanol, the ethanol-containing culture solution is heated preferably under conditions of 10 to 200 kPa, more preferably under conditions of 50 to 150 kPa, and even more preferably under normal pressure, at a temperature of preferably 50 to 200°C, more preferably at a temperature of 80°C to 180°C, and even more preferably at a temperature of 100 to 150°C.
The gaseous component containing ethanol obtained in the above separation step may be liquefied by condensation to obtain an ethanol-containing liquid. The device used in the liquefaction step is not particularly limited, but it is preferable to use a heat exchanger, particularly a condenser. Examples of the condenser include a water-cooled type, an air-cooled type, and an evaporative type, and among them, a water-cooled type is preferable. The condenser may be a single-stage condenser or a multi-stage condenser.

また、分離工程では、上記したように微生物を含む液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに分離する代わりに、微生物を含む固体成分とエタノールを含む液体成分(エタノール含有液)とを、固液分離フィルター装置などの固液分離装置により分離してもよい。In addition, in the separation process, instead of separating into a liquid or solid component containing microorganisms and a gaseous component containing ethanol as described above, the solid component containing microorganisms and the liquid component containing ethanol (ethanol-containing liquid) may be separated using a solid-liquid separation device such as a solid-liquid separation filter device.

分離工程の後、エタノール含有液をさらに精製する前段精製工程を行うとよい。前段精製工程は、後述する第1の精製工程の前段に行う精製工程を意味する。また、微生物発酵で得られたエタノール含有液が、微生物等の成分が既に除去されている場合に、上記した分離工程を経ないで前段精製工程を行ってもよい。
前段精製工程は、エタノール含有液を、エタノールの濃度を高めた留出液と、エタノールの濃度を低下させた缶出液とに分離する工程である。精製工程に用いられる装置は、例えば、蒸留装置、浸透気化膜を含む処理装置、ゼオライト膜を含む処理装置、エタノールより沸点の低い低沸点物質を除去する処理装置、エタノールより沸点の高い高沸点物質を除去する処理装置、イオン交換膜を含む処理装置等が挙げられる。これらの装置は単独でまたは2種以上を組み合わせてもよい。単位操作としては、蒸留装置又は膜分離を好適に用いることができ、蒸留装置がより好ましい。また、膜分離としては、ゼオライト膜を好適に用いることができる。
After the separation step, a first purification step may be carried out to further purify the ethanol-containing liquid. The first purification step refers to a purification step carried out before the first purification step described below. In addition, when the ethanol-containing liquid obtained by microbial fermentation has already had components such as microorganisms removed, the first purification step may be carried out without going through the above-mentioned separation step.
The first stage purification step is a step of separating the ethanol-containing liquid into a distillate having an increased ethanol concentration and a bottoms liquid having a decreased ethanol concentration. Examples of the apparatus used in the purification step include a distillation apparatus, a treatment apparatus including a pervaporation membrane, a treatment apparatus including a zeolite membrane, a treatment apparatus for removing low-boiling substances having a boiling point lower than that of ethanol, a treatment apparatus for removing high-boiling substances having a boiling point higher than that of ethanol, and a treatment apparatus including an ion exchange membrane. These apparatuses may be used alone or in combination of two or more. As the unit operation, a distillation apparatus or membrane separation can be suitably used, and a distillation apparatus is more preferred. In addition, as the membrane separation, a zeolite membrane can be suitably used.

蒸留装置を用いる場合には加熱蒸留を行う。加熱蒸留では、所望のエタノールを留出液として、高純度で得ることができる。エタノールの蒸留時における蒸留装置内の温度は、特に限定されないが、110℃以下であることが好ましく、70~105℃程度であることがより好ましい。蒸留装置内の温度を前記範囲に設定することにより、エタノールとその他の成分との分離、即ち、エタノールの蒸留をより確実に行うことができる。When a distillation apparatus is used, heated distillation is performed. In heated distillation, the desired ethanol can be obtained as the distillate with high purity. The temperature inside the distillation apparatus during the distillation of ethanol is not particularly limited, but is preferably 110°C or lower, and more preferably about 70 to 105°C. By setting the temperature inside the distillation apparatus within the above range, separation of ethanol from other components, i.e., distillation of ethanol, can be performed more reliably.

加熱蒸留においては、エタノール含有液を、100℃以上のスチームを用いた加熱器を備えた蒸留装置に導入し、蒸留塔底部の温度を30分以内に90℃以上まで上昇させた後、上記エタノール含有液を蒸留塔中部から導入して行うとよい。また、蒸留装置を用いた加熱蒸留では、塔底部、塔中部、頭頂部の各部の温度差が、±15℃以内にて蒸留工程を行うことが好ましい。温度差が±15℃以内では、高純度のエタノールを得やすくなる。蒸留温度差は、好ましくは±13℃であり、より好ましくは±11℃である。これらの蒸留温度差であれば、その他の成分との分離、即ち、エタノールの蒸留による精製をより確実に行うことができる。In the case of heat distillation, the ethanol-containing liquid is introduced into a distillation apparatus equipped with a heater using steam at 100°C or higher, and the temperature of the bottom of the distillation column is raised to 90°C or higher within 30 minutes, and then the ethanol-containing liquid is introduced from the middle of the distillation column. In addition, in the case of heat distillation using a distillation apparatus, it is preferable to perform the distillation process with the temperature difference between the bottom, middle, and top of the column being within ±15°C. When the temperature difference is within ±15°C, it is easy to obtain high-purity ethanol. The distillation temperature difference is preferably ±13°C, and more preferably ±11°C. With these distillation temperature differences, separation from other components, i.e., purification by distillation of ethanol can be more reliably performed.

エタノールの蒸留時における蒸留装置内の圧力は、常圧であってもよいが、好ましくは大気圧未満、より好ましくは60~95kPa(絶対圧)程度である。蒸留装置内の圧力を前記範囲に設定することにより、エタノールの分離効率を向上させること、ひいてはエタノールの収率を向上させることができる。The pressure inside the distillation apparatus during the distillation of ethanol may be normal pressure, but is preferably less than atmospheric pressure, and more preferably about 60 to 95 kPa (absolute pressure). By setting the pressure inside the distillation apparatus within the above range, it is possible to improve the efficiency of ethanol separation, and thus the yield of ethanol.

上記前段精製工程を経て得られたエタノールは、後述するエチレン生成工程において、エチレン含有生成物を得るための原料として使用される。本発明において原料として使用される「エタノール」は、化合物として純粋なエタノール(化学式:CHCHOHで表されるエタノール)を意味するものではなく、不純物を含む組成物であり、「原料エタノール」ともいう。不純物は、上記した各工程を経て製造された原料エタノールに含まれるものであり、その多くは廃棄物由来の化合物である。 The ethanol obtained through the above-mentioned first-stage purification process is used as a raw material for obtaining an ethylene-containing product in the ethylene production process described below. In the present invention, the "ethanol" used as a raw material does not mean pure ethanol as a compound (ethanol represented by the chemical formula: CH 3 CH 2 OH), but is a composition containing impurities, and is also called "raw material ethanol." The impurities are contained in the raw material ethanol produced through each of the above-mentioned processes, and most of them are compounds derived from waste.

また、原料エタノールは、上記の通り、金属触媒を用いて合成ガスより生成されてもよい。金属触媒としては、水素化活性金属、又は水素化活性金属と助活性金属との集合物が挙げられる。水素化活性金属としては、従来、混合ガスからエタノールを合成できる金属として知られているものであればよく、例えば、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、マンガン、レニウム等、周期表の第7族に属する元素、ルテニウム等、周期表の第8族に属する元素、コバルト、ロジウム等の周期表の第9族に属する元素、ニッケル、パラジウム等の周期表の第10族に属する元素等が挙げられる。
これらの水素化活性金属は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。水素化活性金属としては、CO転化率のさらなる向上、エタノールの選択率が向上する点から、ロジウム、マンガン及びリチウムを組み合わせたものや、ルテニウム、レニウム及びナトリウムを組み合わせたもの等、ロジウム又はルテニウムとアルカリ金属とその他の水素化活性金属とを組み合わせたものが好ましい。
In addition, the raw material ethanol may be produced from the synthesis gas using a metal catalyst as described above. Examples of the metal catalyst include hydrogenation active metals, or a combination of hydrogenation active metals and co-active metals. The hydrogenation active metal may be any metal that is conventionally known as a metal capable of synthesizing ethanol from a mixed gas, and examples of the hydrogenation active metal include alkali metals such as lithium and sodium, elements belonging to Group 7 of the periodic table such as manganese and rhenium, elements belonging to Group 8 of the periodic table such as ruthenium, elements belonging to Group 9 of the periodic table such as cobalt and rhodium, and elements belonging to Group 10 of the periodic table such as nickel and palladium.
These hydrogenation active metals may be used alone or in combination of two or more. As the hydrogenation active metal, from the viewpoint of further improving the CO conversion rate and the ethanol selectivity, a combination of rhodium, manganese, and lithium, or a combination of ruthenium, rhenium, and sodium, or a combination of rhodium or ruthenium with an alkali metal and another hydrogenation active metal is preferred.

助活性金属としては、例えば、チタン、マグネシウム、バナジウム等が挙げられる。水素化活性金属に加えて助活性金属が担持されていることで、CO転化率やエタノール選択率などをより高めることができる。
金属触媒としては、ロジウム系触媒が好ましい。ロジウム系触媒は、ロジウム系触媒以外の他の金属触媒を併用してもよい。他の金属触媒としては、銅単独又は銅と銅以外の遷移金属とが担体に担持された触媒が挙げられる。
金属触媒を使用する場合には、通常はエタノールに加えてアセトアルデヒドや酢酸を含む生成物が得られるので、該生成物は、蒸留などの前段精製工程を経て原料エタノールとされるとよい。
Examples of the promoter active metal include titanium, magnesium, vanadium, etc. By supporting the promoter active metal in addition to the hydrogenation active metal, it is possible to further increase the CO conversion rate, the ethanol selectivity, and the like.
The metal catalyst is preferably a rhodium catalyst. The rhodium catalyst may be used in combination with a metal catalyst other than the rhodium catalyst. Examples of the other metal catalyst include a catalyst in which copper alone or copper and a transition metal other than copper are supported on a carrier.
When a metal catalyst is used, a product containing acetaldehyde and acetic acid in addition to ethanol is usually obtained, so the product should be subjected to a preliminary purification step such as distillation to obtain raw material ethanol.

なお、前段精製工程を省略してもよい。すなわち、エタノール生成後、精製工程として、前段精製工程と、後述する第1の精製工程の両方を行わなくてもよく、第1の精製工程のみ行ってもよい。この場合、上記したエタノール含有液が、原料エタノールとなり、第1の精製工程は、蒸留装置又は膜分離で行うことが好適であり、蒸留装置を用いた加熱蒸留が特に好ましく、加熱蒸留の詳細は上記したとおりである。もちろん、第2の精製工程を行う場合には、前段精製工程と第1の精製工程の両方を省略してもよい。ただし、前段精製工程を行うほうが好ましく、合わせて第1の精製工程を行うことがより好ましい。 The pre-stage purification step may be omitted. That is, after ethanol production, it is not necessary to perform both the pre-stage purification step and the first purification step described below as the purification step, and only the first purification step may be performed. In this case, the above-mentioned ethanol-containing liquid becomes the raw material ethanol, and the first purification step is preferably performed using a distillation apparatus or membrane separation, and heat distillation using a distillation apparatus is particularly preferable, and the details of the heat distillation are as described above. Of course, when the second purification step is performed, both the pre-stage purification step and the first purification step may be omitted. However, it is preferable to perform the pre-stage purification step, and it is even more preferable to perform the first purification step in addition.

原料エタノールは、エタノール純度(すなわち、エタノール含有量)が、例えば85容量%以上である。エタノール純度が上記下限値以上であると、第1及び第2の精製工程の少なくともいずれかを経ることで、エチレンを原料とした重合反応が好適に進行し、また、エチレンから得られる重合体の品質が良好となる。原料エタノールのエタノール純度は、好ましくは90容量%以上、より好ましくは95容量%以上、さらに好ましくは99.5容量%以上である。また、原料エタノールは、エタノール純度が100容量%未満であればよい。
また、原料エタノールは、廃棄物由来のエタノールを含むものであれば、市販品を使用してもよい。
The raw material ethanol has an ethanol purity (i.e., ethanol content) of, for example, 85% by volume or more. When the ethanol purity is equal to or more than the above lower limit, the polymerization reaction using ethylene as a raw material proceeds favorably through at least one of the first and second purification steps, and the quality of the polymer obtained from ethylene is good. The ethanol purity of the raw material ethanol is preferably 90% by volume or more, more preferably 95% by volume or more, and even more preferably 99.5% by volume or more. The raw material ethanol may have an ethanol purity of less than 100% by volume.
Furthermore, the raw material ethanol may be a commercially available product as long as it contains ethanol derived from waste materials.

[エチレン生成工程]
原料エタノールは、エチレン生成工程によりエタノールをエチレンに変換させ、それにより、エチレン含有生成物が得られる。具体的には、原料エタノールを触媒に接触させて、エチレンに変換させればよい。原料エタノールは、脱水反応によりエチレンに変換される。
[Ethylene production process]
The raw material ethanol is converted to ethylene in an ethylene production step, thereby obtaining an ethylene-containing product. Specifically, the raw material ethanol is brought into contact with a catalyst to convert it to ethylene. The raw material ethanol is converted to ethylene by a dehydration reaction.

使用する触媒としては、エタノールをエチレンに変換できる触媒であれば限定されないが、ゼオライト、P改質ゼオライトなどの改質ゼオライト、シリカ-アルミナ、アルミナ、シリケート化、チタネート化、ジルコネート化またはフッ素化したアルミナ、シリコアルミノホスフェートなどの酸触媒(以下、これらを総称して「ゼオライト又はアルミナ系触媒」ともいうことがある)が挙げられる。また、ヘテロポリ酸担持触媒なども挙げられる。The catalyst to be used is not limited as long as it can convert ethanol to ethylene, but examples include zeolites, modified zeolites such as P-modified zeolites, silica-alumina, alumina, silicated, titanated, zirconated or fluorinated alumina, and acid catalysts such as silicoaluminophosphate (hereinafter, these may be collectively referred to as "zeolite or alumina-based catalysts"). Other examples include heteropolyacid-supported catalysts.

ゼオライトとしては、少なくとも一種の10員環を構造中に含むものが有利であり、珪素、アルミニウム、酸素および任意成分としての硼素から成るミクロポーラス材料を有し、具体的には、MFI(ZSM-5、シリカライト-1、ボラライトC、TS-1)、MEL(ZSM-11、シリカライト-2、ボラライトD、TS-2、SSZ-46)、FER(フェリエ沸石、FU-9、ZSM-35)、MTT(ZSM-23)、MWW(MCM-22、PSH-3、ITQ-1、MCM-49)、TON(ZSM-22、Theta-1、NU-10)、EUO(ZSM-50、EU-1)、MFS(ZSM-57)、ZSM-48などが挙げられる。 Zeolites that contain at least one type of 10-membered ring in their structure are advantageous and have a microporous material consisting of silicon, aluminum, oxygen and, optionally, boron. Specific examples include MFI (ZSM-5, silicalite-1, boralite C, TS-1), MEL (ZSM-11, silicalite-2, boralite D, TS-2, SSZ-46), FER (ferrierite, FU-9, ZSM-35), MTT (ZSM-23), MWW (MCM-22, PSH-3, ITQ-1, MCM-49), TON (ZSM-22, Theta-1, NU-10), EUO (ZSM-50, EU-1), MFS (ZSM-57), ZSM-48, etc.

ゼオライトとしては、Si/Al比が10以上であるゼオライトが好ましい。Si/Al比が10以上であるゼオライトは、Si/Al比が100以上であることが好ましく、また、好ましくはMFI及びMELから選択される少なくとも1種を含む。The zeolite is preferably one having a Si/Al ratio of 10 or more. The zeolite having a Si/Al ratio of 10 or more preferably has a Si/Al ratio of 100 or more, and preferably contains at least one selected from MFI and MEL.

また、ゼオライトは、脱アルミニウム化したゼオライトも好ましい。脱アルミニウム化したゼオライトでは、約10質量%のアルミニウムを除去するのが有利である。この脱アルミニウム化はスチーム処理で行い、その後に必要に応じて浸出(leaching)するのが有利である。
ゼオライト、及び脱アルミニウム化したゼオライトは、基本的にH型であるのが有利である。また、副成分(約50%以下の成分)として、金属補償イオン、例えばNa、Mg、Ca、La、Ni、Ce、Zn、Coから選択される少なくとも1種を含むことができる。
The zeolite is also preferably a dealuminated zeolite, from which about 10% by weight of aluminum is advantageously removed, the dealumination being advantageously carried out by steam treatment, optionally followed by leaching.
The zeolite and the dealuminated zeolite are advantageously essentially in the H type and may contain, as a secondary component (component amounting to about 50% or less), at least one metal compensating ion selected from the group consisting of Na, Mg, Ca, La, Ni, Ce, Zn and Co.

ゼオライトは、バインダ、好ましくは無機バインダと混合され、ペレット状などの所望の形状に成形される。バインダは本発明の脱水プロセスで使用する温度、その他の条件に耐久性のあるものが選ばれる。バインダはクレー、シリカ、金属シリケート、金属酸化物(例えばZrO2)またはシリカと金属酸化物との混合物を含むゲルから選択される少なくとも1種の無機材料である。 The zeolite is mixed with a binder, preferably an inorganic binder, and formed into a desired shape, such as pellets. The binder is selected to withstand the temperatures and other conditions used in the dehydration process of the present invention. The binder is at least one inorganic material selected from clays, silica, metal silicates, metal oxides (e.g., ZrO2 ), or gels containing mixtures of silica and metal oxides.

P改質ゼオライトは、燐改質(phosphorus modified)ゼオライトである。エチレン生成工程では、P改質ゼオライトを使用する態様も好ましい。燐改質ゼオライトは、例えば初期の原子比Si/Al比が4~500であるミクロポーラスを有するゼオライト、具体的には、MFI、MOR、MEL、クリノプチロライト、FER、MWW、TON、EUO、MFS、ZSM-48などをベースにして製造できる。初期の原子比Si/Al比は、100以下であることが好ましく、4~30であることがより好ましい。本製法のP改質ゼオライトは、Si/Al比が低い(30以下の)安価なゼオライトをベースにしても得ることができる。 The P-modified zeolite is a phosphorus modified zeolite. In the ethylene production process, the P-modified zeolite is also preferably used. The phosphorus modified zeolite can be produced, for example, based on a microporous zeolite with an initial Si/Al atomic ratio of 4 to 500, specifically, MFI, MOR, MEL, clinoptilolite, FER, MWW, TON, EUO, MFS, ZSM-48, etc. The initial Si/Al atomic ratio is preferably 100 or less, more preferably 4 to 30. The P-modified zeolite of this production method can also be obtained based on an inexpensive zeolite with a low Si/Al ratio (30 or less).

また、P改質ゼオライトにおいても、Mg、Ca、La、Ni、Ce、Zn、Co、Ag、Fe、及びCuから選択される少なくとも1種の金属でさらに改質することができる。
P改質ゼオライトにおけるリン原子含有率は、少なくとも0.05質量%であり、好ましくは0.3~7質量%であるのが有利である。
また、原料となるゼオライトに対して、浸出によって少なくとも10質量%のアルミニウムがゼオライトから抽出および除去されているのが有利である。
In addition, the P-modified zeolite can also be further modified with at least one metal selected from Mg, Ca, La, Ni, Ce, Zn, Co, Ag, Fe, and Cu.
Advantageously, the phosphorus atom content in the P-modified zeolite is at least 0.05% by weight, preferably between 0.3 and 7% by weight.
It is also advantageous if, for the starting zeolite, at least 10% by weight of aluminum has been extracted and removed from the zeolite by leaching.

P改質ゼオライトを用いた触媒は、P改質ゼオライト自体を触媒にしてもよいし、P改質ゼオライトと他の材料を組合せた配合型のP改質ゼオライトにしてもよい。配合型とすることで、触媒の硬度又は触媒活性などを改善できる。
P改質ゼオライトと混合できる材料としては、種々の不活性若しくは触媒活性材料、又は種々の結合剤材料などが挙げられる。具体的には、カオリン、その他のクレーのような組成物、各種形態の希土類金属、燐酸塩、アルミナまたはアルミナゾル、チタニア、ジルコニア、石英、シリカまたはシリカゾルおよびこれらの混合物が挙げられる。これらの成分は触媒および配合触媒の圧縮強度の増加に有効である。触媒はペレット、球に成形したり、その他の形状に押出したり、噴霧乾燥粒子にすることができる。最終触媒生成物中に含まれるP改質ゼオライトの量は全触媒の10~90質量%、好ましくは全触媒の20~70質量%である。
P改質ゼオライトの好適な例は、シリコアルミノホスフェートであり、より好ましくはAELグループのシリコアルミノホスフェートであり、その代表的な例はSAPO-11である。SAPO-11はALPO-11をベースにし、Al/P比は基本的に1原子/原子である。合成中に珪素先駆体を加えてALPO骨格中に珪素を挿入することで、10員環のゼオライトのミクロポアの表面に酸サイトができる。珪素の含有量は0.1~10原子%である(Al+P+Siは100)。
The catalyst using the P-modified zeolite may be the P-modified zeolite itself, or may be a blended type P-modified zeolite that combines the P-modified zeolite with other materials. By using the blended type, the hardness or catalytic activity of the catalyst can be improved.
Materials that can be mixed with the P-modified zeolite include various inert or catalytically active materials, or various binder materials. These include kaolin, other clay-like compositions, various forms of rare earth metals, phosphates, alumina or alumina sol, titania, zirconia, quartz, silica or silica sol, and mixtures thereof. These ingredients are effective in increasing the compressive strength of the catalyst and catalyst formulations. The catalyst can be formed into pellets, spheres, extruded into other shapes, or spray-dried particles. The amount of P-modified zeolite in the final catalyst product is 10-90% by weight of the total catalyst, preferably 20-70% by weight of the total catalyst.
Suitable examples of P-modified zeolites are silicoaluminophosphates, more preferably silicoaluminophosphates of the AEL group, a representative example of which is SAPO-11. SAPO-11 is based on ALPO-11, with an Al/P ratio of essentially 1 atom/atom. Silicon is inserted into the ALPO framework by adding a silicon precursor during the synthesis, creating acid sites on the surface of the micropores of the 10-ring zeolite. The silicon content is 0.1-10 atomic % (Al+P+Si is 100).

エチレン生成工程における触媒としてアルミナ(特にγ-アルミナ)を使用する態様も好ましい。また、シリケート化、ジルコネート化、チタネート化またはフッ素化されたアルミナを使用することも好ましい。アルミナは、一般に広範囲の酸強度分布とルイス-タイプおよびブロンステッド(Bronsted)タイプの酸サイトを有するという特徴を有する。アルミナとしては、活性アルミナを使用するとよい。 It is also preferred to use alumina (particularly gamma-alumina) as a catalyst in the ethylene production process. It is also preferred to use alumina that has been silicated, zirconated, titanated or fluorinated. Alumina is generally characterized by having a wide range of acid strength distribution and Lewis-type and Bronsted-type acid sites. Activated alumina is preferably used as the alumina.

アルミナは、表面上に珪素、ジルコニウム、チタン、蛍石などを析出させることで触媒の選択性を向上させることも好ましい。すなわち、シリケート化、ジルコネート化、チタネート化することで触媒の選択性を向上させてもよい。このような触媒の製造には、適当な市販のアルミナ、好ましくは表面積が10~500m2/gでアルカリ含有量が0.5%以下のイータまたはガンマ・アルミナを使用するとよい。また、珪素、ジルコニウム、チタンなどを合計で0.05~10質量%で加えて調製されるとよい。これらの金属の添加はアルミナ製造時に行ってもよいし、製造後のアルミナに加えて行うこともでき、またこれら金属は、前駆体の形態で加えてもよい。また、フッ素化アルミナ自体は公知であり、従来技術に従って製造できる。 It is also preferable to deposit silicon, zirconium, titanium, fluorite, etc. on the surface of the alumina to improve the selectivity of the catalyst. That is, the catalyst may be silicated, zirconated, or titanated to improve the selectivity of the catalyst. For the preparation of such a catalyst, a suitable commercially available alumina, preferably eta or gamma alumina having a surface area of 10 to 500 m 2 /g and an alkali content of 0.5% or less, may be used. The catalyst may be prepared by adding silicon, zirconium, titanium, etc. in a total amount of 0.05 to 10% by mass. The addition of these metals may be carried out during the preparation of the alumina, or may be added to the alumina after preparation, or these metals may be added in the form of a precursor. Fluorinated alumina itself is known and may be prepared according to conventional techniques.

エチレン生成工程では、触媒としてヘテロポリ酸担持触媒を使用する態様も好ましい。ヘテロポリ酸担持触媒は、適当な触媒担体上に担持されたヘテロポリ酸を含む。用語「ヘテロポリ酸」は、遊離酸の形態又はアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、嵩高なカチオンの塩、及び/又は金属塩(これらの場合、塩は完全な塩又は部分的な塩のいずれであってもよい)などのヘテロポリ酸塩の形態にある、ヘテロポリ酸化合物を指す。
ヘテロポリ酸のアニオンは、典型的には、1種又は複数種の中心原子を対称的様式で取り巻く周辺原子として知られる、12~18個の酸素が結合した多価金属原子を含む。周辺原子は、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、及びそれらの組合せから適当に選択される。中心原子は、好ましくはケイ素又はリンである。また、中心原子は、元素の周期表中のI~VIII族の原子から選択される任意の1つ、例えば、銅、ベリリウム、亜鉛、コバルト、ニッケル、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、鉄、セリウム、ヒ素、アンチモン、ビスマス、クロム、ロジウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、チタン、ジルコニウム、バナジウム、イオウ、テルル、マンガンニッケル、白金、トリウム、ハフニウム、テルル及びヨウ素などを含むことができる。適当なヘテロポリ酸としては、Keggin、Wells-Dawson及びAnderson-Evans-Perloffヘテロポリ酸が挙げられる。
In the ethylene production step, a heteropolyacid supported catalyst is also preferred as the catalyst. The heteropolyacid supported catalyst comprises a heteropolyacid supported on a suitable catalyst carrier. The term "heteropolyacid" refers to a heteropolyacid compound in the form of a free acid or in the form of a heteropolyacid salt such as an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, an ammonium salt, a salt of a bulky cation, and/or a metal salt (in these cases, the salt may be either a complete salt or a partial salt).
The anion of a heteropolyacid typically comprises a polyvalent metal atom with 12 to 18 oxygen atoms attached thereto, known as peripheral atoms, which surround one or more central atoms in a symmetrical manner. The peripheral atoms are suitably selected from molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, and combinations thereof. The central atom is preferably silicon or phosphorus. The central atom may also comprise any one selected from the atoms of Groups I to VIII of the Periodic Table of the Elements, such as copper, beryllium, zinc, cobalt, nickel, boron, aluminum, gallium, iron, cerium, arsenic, antimony, bismuth, chromium, rhodium, silicon, germanium, tin, titanium, zirconium, vanadium, sulfur, tellurium, manganese nickel, platinum, thorium, hafnium, tellurium, and iodine. Suitable heteropolyacids include Keggin, Wells-Dawson and Anderson-Evans-Perloff heteropolyacids.

ヘテロポリ酸担持触媒のヘテロポリ酸成分は、好ましくは、ヘテロポリタングステン酸であり、それは、周辺原子がタングステン原子であるヘテロポリ酸である。好ましいヘテロポリタングステン酸は、Keggin又はWells-Dawson構造を主成分とする任意のものである。
適当なヘテロポリタングステン酸の例として、18-リンタングステン酸(H[P1862]・xHO)、12-リンタングステン酸(H[PW1240]・xHO)、12-ケイタングステン酸(H[SiW1240]・xHO)、ケイタングステン酸セシウム水素(CsH[SiW1240]・xHO)、リンタングステン酸一カリウム(KH[P1862]・xHO)、12-ケイタングステン酸一ナトリウム(NaK[SiW1240]・xHO)、及びカリウムリンタングステン酸(K[P1862]・xHO)が挙げられる。2種以上の異なるヘテロポリタングステン酸及び塩の混合物も使用することができる。
The heteropolyacid component of the heteropolyacid supported catalyst is preferably a heteropolytungstic acid, which is a heteropolyacid in which the peripheral atoms are tungsten atoms. Preferred heteropolytungstic acids are any based on the Keggin or Wells-Dawson structure.
Examples of suitable heteropolytungstic acids include 18-phosphotungstic acid (H 6 [P 2 W 18 O 62 ].xH 2 O), 12-phosphotungstic acid (H 3 [PW 12 O 40 ].xH 2 O), 12-silicon tungstic acid (H 4 [SiW 12 O 40 ].xH 2 O), cesium hydrogen silicon tungstate (Cs 3 H[SiW 12 O 40 ].xH 2 O), monopotassium phosphotungstate (KH 5 [P 2 W 18 O 62 ].xH 2 O), 12-monosodium silicon tungstate (NaK 3 [SiW 12 O 40 ].xH 2 O), and potassium phosphotungstate (K 6 [P 2 W 18 O 62 ].xH 2 O). Mixtures of two or more different heteropolytungstic acids and salts can also be used.

より好ましくは、ヘテロポリ酸担持触媒のヘテロポリ酸成分は、ケイタングステン酸、リンタングステン酸、及びそれらの混合物、例えば、12-ケイタングステン酸(H[SiW1240]・xHO)、12-リンタングステン酸(H[PW1240]・xHO)、及びそれらの混合物から選択される。さらに好ましくは、ヘテロポリ酸は、ケイタングステン酸であり、最も好ましくはヘテロポリ酸は12-ケイタングステン酸である。 More preferably, the heteropolyacid component of the supported heteropolyacid catalyst is selected from silicotungstic acid, phosphotungstic acid, and mixtures thereof, such as 12 - silicotungstic acid ( H4 [ SiW12O40 ].xH2O), 12-phosphotungstic acid ( H3 [ PW12O40 ] .xH2O ), and mixtures thereof. Even more preferably , the heteropolyacid is silicotungstic acid, and most preferably, the heteropolyacid is 12-silicotungstic acid.

ヘテロポリ酸の分子量は、好ましくは700を超えて8500未満、より好ましくは2800を超えて6000未満である。そのようなヘテロポリ酸はこれらの二量化錯体も含む。The molecular weight of the heteropolyacid is preferably greater than 700 and less than 8500, more preferably greater than 2800 and less than 6000. Such heteropolyacids also include their dimerized complexes.

ヘテロポリ酸担持触媒で使用する触媒担体は、当技術分野において知られた任意の適当な触媒担体であってよい。触媒担体に適当な原料として、モルデナイト(例えばモンモリロナイト)、粘土、ベントナイト、珪藻土、チタニア、活性炭、アルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ、シリカ-チタニアコゲル、シリカ-ジルコニアコゲル、炭素コートアルミナ、ゼオライト、酸化亜鉛、及び炎熱分解酸化物が含まれる。シリカゲル担体及びSiCl4の火炎加水分解により製造された担体などのシリカを主成分とする触媒担体が好ましい。
触媒担体の形状は、特に限定されず、例えば、粉末形態、顆粒状形態、ペレット化形態、球状形態、又は押し出された形態であってよい。
The catalyst support used in the heteropolyacid supported catalyst may be any suitable catalyst support known in the art. Suitable sources of catalyst supports include mordenite (e.g., montmorillonite), clay, bentonite, diatomaceous earth, titania, activated carbon, alumina, silica, silica-alumina, silica-titania cogels, silica-zirconia cogels, carbon-coated alumina, zeolites, zinc oxide, and flame pyrolysis oxides. Silica-based catalyst supports, such as silica gel supports and supports prepared by flame hydrolysis of SiCl4, are preferred.
The shape of the catalyst support is not particularly limited and may be, for example, in powder form, granular form, pelletized form, spherical form, or extruded form.

原料エタノールは、特に限定されないが、気相にて触媒に接触してエチレンに変換されることが好ましい。また、原料エタノールは、さらに水と混合されてもよく、また、原料エタノール及び水以外にも適宜任意成分が混合されてもよく、水及び任意成分の一方又はこれらの両方は、原料エタノールとともにガスとして触媒に接触させるとよい。
触媒を例えば反応容器に充填して、その触媒を充填した反応容器に、原料エタノール、又は、原料エタノールと、水及びその他の任意成分から選択される少なくとも1種とをガスとして供給し、気相脱水反応をすることで、反応容器から気相でエチレン含有生成物を排出させるとよい。反応容器から排出されるガスにエタノールが残る場合には、エチレン含有生成物からエタノールを含む成分を分離して、そのエタノールを含む成分を再度反応容器に供給してもよい。
Although not particularly limited, the raw material ethanol is preferably converted to ethylene in a gas phase by contacting with the catalyst. The raw material ethanol may be further mixed with water, and may be mixed with optional components other than the raw material ethanol and water, and one or both of the water and the optional components may be contacted with the catalyst as a gas together with the raw material ethanol.
The catalyst may be filled, for example, in a reaction vessel, and the raw material ethanol or the raw material ethanol and at least one selected from water and other optional components may be supplied as a gas to the reaction vessel filled with the catalyst, and a gas-phase dehydration reaction may be carried out to discharge an ethylene-containing product in the gas phase from the reaction vessel. When ethanol remains in the gas discharged from the reaction vessel, the ethanol-containing component may be separated from the ethylene-containing product, and the ethanol-containing component may be supplied again to the reaction vessel.

ゼオライト又はアルミナ系触媒の場合、反応容器の温度は例えば280~600℃、好ましくは300~550℃、より好ましくは330~530℃である。また、反応容器の圧力(絶対圧力)は、例えば50kPa~3MPa、好ましくは50kPa~1MPa、さらに好ましくは0.12MPa~0.65MPaである。In the case of a zeolite or alumina-based catalyst, the temperature of the reaction vessel is, for example, 280 to 600°C, preferably 300 to 550°C, and more preferably 330 to 530°C. The pressure (absolute pressure) of the reaction vessel is, for example, 50 kPa to 3 MPa, preferably 50 kPa to 1 MPa, and more preferably 0.12 MPa to 0.65 MPa.

また、ヘテロポリ酸担持触媒の場合、反応容器の温度は例えば170℃以上、好ましくは180~270℃の範囲内、より好ましくは190~260℃の範囲内、さらに好ましくは200~250℃の範囲内である。また、圧力は、好ましくは0.1~4.5MPa、より好ましくは1.0~3.5MPa、さらに好ましくは1.0~2.8MPaの範囲内の圧力である。
なお、ヘテロポリ酸担持触媒の場合には、原料エタノールと接触する前に、ヘテロポリ酸担持触媒を220℃以上の温度に加熱し、その温度で十分な時間保つことでヘテロポリ酸担持触媒のヘテロポリ酸成分から結合水を除去してもよい。
In the case of a heteropolyacid supported catalyst, the temperature of the reaction vessel is, for example, 170° C. or higher, preferably in the range of 180 to 270° C., more preferably in the range of 190 to 260° C., and even more preferably in the range of 200 to 250° C. The pressure is preferably in the range of 0.1 to 4.5 MPa, more preferably in the range of 1.0 to 3.5 MPa, and even more preferably in the range of 1.0 to 2.8 MPa.
In the case of a supported heteropolyacid catalyst, the supported heteropolyacid catalyst may be heated to a temperature of 220° C. or higher before contacting with the raw material ethanol and maintained at that temperature for a sufficient period of time to remove bound water from the heteropolyacid component of the supported heteropolyacid catalyst.

[第1及び第2の精製工程]
本発明のエチレンの製造方法では、上記のとおり、エチレン生成工程の前に、原料エタノールを精製する第1の精製工程、又は、エチレン生成工程の後にエチレン含有生成物を精製する第2の精製工程の少なくともいずれかを行う。また、好ましくは第1及び第2の精製工程の両方を行う。
なお、本明細書では、第2の精製工程が行われる場合には、第2の精製工程により精製されたエチレン含有生成物を、本発明の製造方法で製造される「エチレン」とし、第2の精製工程が省略される場合には、エチレン生成工程で得られたエチレン含有生成物を、本発明の製造方法で製造される「エチレン」とする。本発明の製造方法で製造される「エチレン」は、エチレン単独からなるものでもよいが、合成ないし精製を経ても不可避的に混入される不純物を含む組成物であってもよい。
[First and second purification steps]
In the ethylene production method of the present invention, as described above, at least one of a first purification step of purifying the raw material ethanol is carried out before the ethylene production step, or a second purification step of purifying the ethylene-containing product is carried out after the ethylene production step. Preferably, both the first and second purification steps are carried out.
In this specification, when the second purification step is performed, the ethylene-containing product purified by the second purification step is referred to as "ethylene" produced by the production method of the present invention, and when the second purification step is omitted, the ethylene-containing product obtained in the ethylene production step is referred to as "ethylene" produced by the production method of the present invention. The "ethylene" produced by the production method of the present invention may consist of ethylene alone, or may be a composition containing impurities that are inevitably mixed in even after synthesis or purification.

第1の精製工程では、原料エタノールから炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、及び炭素数3~10のエーテルから選択される少なくとも1つの有機化合物を除去することが好ましい。
廃棄物には、様々な成分が含まれ、そのため、廃棄物から生成された原料エタノールには、様々な有機化合物が含有される。また、有機化合物のうち、上記炭素数の有機化合物は、様々な工程を経て得られた原料エタノールに残存していることが多い。原料エタノールにこのような有機化合物が残存していると、エチレン生成工程における脱水反応や、さらに後段のエチレンを使用した重合反応を阻害したり、エチレンから得られる重合体の品質を低下させたりすることがある。したがって、第1の精製工程において、特定の炭素数の炭化水素やアルコール、エーテルを除去することで、エチレンの重合反応を好適に進行させ、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。
In the first purification step, it is preferable to remove at least one organic compound selected from the group consisting of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, and ethers having 3 to 10 carbon atoms from the raw material ethanol.
Waste contains various components, and therefore raw material ethanol produced from waste contains various organic compounds. Furthermore, among organic compounds, organic compounds with the above carbon numbers often remain in the raw material ethanol obtained through various processes. If such organic compounds remain in the raw material ethanol, they may inhibit the dehydration reaction in the ethylene production process and the subsequent polymerization reaction using ethylene, or may deteriorate the quality of the polymer obtained from ethylene. Therefore, by removing hydrocarbons, alcohols, and ethers with specific carbon numbers in the first purification process, the polymerization reaction of ethylene can be favorably progressed, and the quality of the obtained polymer can also be easily improved.

一方で、第2の精製工程では、生成されたエチレン含有生成物から、炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、及び炭素数3~10のエーテルからなる特定の有機化合物、一酸化炭素、並びに酸素から選択される少なくとも1つを除去することが好ましい。
なお、第1及び第2の精製工程でいう「除去」とは、原料エタノール又はエチレン含有生成物から対象物質を完全に除く態様のみならず、対象物質の含有量を低減する態様も含まれる。
On the other hand, in the second purification step, it is preferable to remove at least one selected from specific organic compounds consisting of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, and ethers having 3 to 10 carbon atoms, carbon monoxide, and oxygen from the produced ethylene-containing product.
The term "removal" in the first and second purification steps includes not only a mode in which the target substance is completely removed from the raw material ethanol or the ethylene-containing product, but also a mode in which the content of the target substance is reduced.

第2の精製工程においても、上記第1の精製工程の説明で述べたとおり、特定の炭素数の炭化水素やアルコール、エーテルを除去することで、エチレンの重合反応を好適に進行させ、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。
一酸化炭素及び酸素は、電気陰性度が高く、エチレンの重合反応において重合反応を阻害することがある。例えば、チーグラー・ナッタ触媒等の特定の触媒を用いた場合に、重合反応を阻害することがある。また、酸素は、高圧重合などのラジカル重合では重合開始剤になり得るため、酸素が多く含まれることで重合が暴走することなどもある。そのため、第2の精製工程において、一酸化炭素や酸素をエチレン含有組成物から取り除くことで、これらによりエチレンの重合反応が阻害されることを防止できる。
As described in the description of the first purification step, in the second purification step, by removing hydrocarbons, alcohols, and ethers having specific carbon numbers, the polymerization reaction of ethylene can be favorably advanced and the quality of the obtained polymer can be easily improved.
Carbon monoxide and oxygen have high electronegativity and may inhibit the polymerization reaction of ethylene. For example, when a specific catalyst such as a Ziegler-Natta catalyst is used, the polymerization reaction may be inhibited. In addition, oxygen can be a polymerization initiator in radical polymerization such as high pressure polymerization, so that the polymerization may run out of control if a large amount of oxygen is contained. Therefore, by removing carbon monoxide and oxygen from the ethylene-containing composition in the second purification step, it is possible to prevent the inhibition of the polymerization reaction of ethylene by them.

本発明で製造されたエチレンは、一酸化炭素が除去されることで、一酸化炭素の含有量が、1体積%以下となることが好ましい。1体積%以下とすることで、エチレンを用いた重合反応において、重合反応が一酸化炭素によって阻害されることを防止できる。そのような観点から、一酸化炭素の含有量は、0.5体積%以下がより好ましく、0.1体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、一酸化炭素が全く含有していなくてもよく、したがって、一酸化炭素の含有量の下限は、0体積%である。It is preferable that the ethylene produced by the present invention has a carbon monoxide content of 1 vol% or less by removing carbon monoxide. By making the carbon monoxide content 1 vol% or less, it is possible to prevent the polymerization reaction using ethylene from being inhibited by carbon monoxide. From this viewpoint, the carbon monoxide content is more preferably 0.5 vol% or less, and even more preferably 0.1 vol% or less. Furthermore, the ethylene produced by the present invention may not contain any carbon monoxide at all, and therefore the lower limit of the carbon monoxide content is 0 vol%.

本発明で製造されたエチレンは、酸素が除去されることで、酸素の含有量が、1体積%以下となることが好ましい。1体積%以下とすることで、エチレンを用いた重合反応において、重合反応が酸素によって阻害されることを防止できる。そのような観点から、酸素の含有量は、0.5体積%以下がより好ましく、0.1体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、酸素を全く含有していなくてもよく、したがって、酸素の含有量の下限は、0体積%である。It is preferable that the ethylene produced by the present invention has an oxygen content of 1% by volume or less by removing oxygen. By making the oxygen content 1% by volume or less, it is possible to prevent the polymerization reaction using ethylene from being inhibited by oxygen. From this viewpoint, the oxygen content is more preferably 0.5% by volume or less, and even more preferably 0.1% by volume or less. In addition, the ethylene produced by the present invention may not contain any oxygen at all, and therefore the lower limit of the oxygen content is 0% by volume.

炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素は、第1の精製工程、第2の精製工程、又はこれらの両方で取り除かれるとよいが、いずれかの工程で取り除かれる炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素には、プロピレンが含まれることが好ましい。プロピレンがエチレンに含まれると、そのエチレンを用いて重合反応を行う場合、プロピレンが重合体の分岐鎖となるので、プロピレンを除去することで分岐鎖を少なくすることができる。したがって、エチレンから後述するように、高密度ポリエチレン(HDPE)を製造する場合など、重合体の分岐鎖を少なくしたい場合に除去することが特に好適である。The aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms may be removed in the first purification step, the second purification step, or both, but it is preferable that the aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms removed in either step include propylene. If propylene is contained in ethylene, when the ethylene is used in a polymerization reaction, propylene becomes a branched chain of the polymer, so removing propylene can reduce the number of branched chains. Therefore, removal of propylene is particularly suitable when it is desired to reduce the number of branched chains of the polymer, such as when producing high density polyethylene (HDPE) from ethylene, as described below.

本発明で製造されたエチレンは、プロピレンが除去されることで、プロピレンの含有量が、1体積%以下となることが好ましい。1体積%以下とすることで、分岐鎖を少なくする効果を発揮できる。そのような観点から、プロピレンの含有量は、0.5体積%以下がより好ましく、0.1体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、プロピレンが全く含有していなくてもよく、したがって、プロピレンの含有量の下限は、0体積%である。It is preferable that the ethylene produced by the present invention has a propylene content of 1 vol% or less by removing propylene. By making the propylene content 1 vol% or less, the effect of reducing branched chains can be achieved. From this viewpoint, the propylene content is more preferably 0.5 vol% or less, and even more preferably 0.1 vol% or less. In addition, the ethylene produced by the present invention may not contain any propylene at all, and therefore the lower limit of the propylene content is 0 vol%.

また、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素は、第1の精製工程、第2の精製工程、又はこれらの両方で取り除かれるとよいが、いずれかの工程で取り除かれる炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素には、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素が含まれることが好ましい。炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素は、直鎖状でもよいし、分岐構造及び環状構造の少なくともいずれかを有してもよいが、直鎖状であることが好ましい。炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素の具体例として、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-デカン、n-ドデカン、およびn-テトラデカンから選択される少なくとも1種であることが好ましい。
これら比較的炭素数が大きい(炭素数6~14)脂肪族飽和炭化水素は、廃棄物由来の原料エタノールには比較的多く含まれる。一方で、これら脂肪族飽和炭化水素は、食品に含まれる油脂成分との相溶性が高く、本発明で製造されるエチレンから生成される重合体を食品用途で包装材などに使用すると、食品への流出が懸念される。そのため、比較的炭素数が大きい脂肪族飽和炭化水素を取り除くことで、食品安全上好ましい。
また、上記したいずれかの工程で取り除かれる炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素は、廃棄物由来の原料エタノールに多く含有される観点から、炭素数10~14の脂肪族飽和炭化水素を含むことが好ましい。
The aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms may be removed in the first purification step, the second purification step, or both, and it is preferable that the aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms removed in either step include aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms. The aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms may be linear or may have at least one of a branched structure and a cyclic structure, but are preferably linear. A specific example of the aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms is preferably at least one selected from n-hexane, n-heptane, n-octane, n-decane, n-dodecane, and n-tetradecane.
These aliphatic saturated hydrocarbons with a relatively large carbon number (6 to 14 carbon atoms) are contained in relatively large amounts in raw material ethanol derived from waste. On the other hand, these aliphatic saturated hydrocarbons are highly compatible with fat and oil components contained in food, and if the polymer produced from the ethylene produced in the present invention is used as a packaging material for food products, there is a concern that they may leak into the food. Therefore, removing the aliphatic saturated hydrocarbons with a relatively large carbon number is preferable in terms of food safety.
Moreover, the aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms removed in any of the above-mentioned steps preferably contain aliphatic saturated hydrocarbons having 10 to 14 carbon atoms, from the viewpoint that they are contained in large amounts in the raw material ethanol derived from waste.

本発明で製造されるエチレンは、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素が除去されることで、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素の含有量が、0.3体積%以下となることが好ましく、0.2体積%以下がより好ましく、0.1体積%以下であることがより好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素が全く含有していなくてもよく、したがって、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素の含有量の下限は、0体積%である。In the ethylene produced by the present invention, the aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms are removed, so that the content of the aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms is preferably 0.3 vol% or less, more preferably 0.2 vol% or less, and even more preferably 0.1 vol% or less. Furthermore, the ethylene produced by the present invention may not contain any aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms at all, and therefore the lower limit of the content of the aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms is 0 vol%.

また、炭素数3~10のアルコールは、第1の精製工程、第2の精製工程、又はこれらの両方で取り除かれるとよいが、いずれかの工程で取り除かれる炭素数3~10のアルコールには、例えば、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、tert-ブタノールから選択される少なくとも1種が含まれる。これらアルコールは、廃棄物由来の原料エタノールに比較的多く含まれ、第1の精製工程、第2の精製工程、又はこれらの両方でこれらアルコールが除去されることで、後述するエチレンを用いた重合反応を好適に進行させ、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。In addition, it is preferable that the alcohol having 3 to 10 carbon atoms is removed in the first purification step, the second purification step, or both, and the alcohol having 3 to 10 carbon atoms removed in either step includes, for example, at least one selected from 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and tert-butanol. These alcohols are contained in relatively large amounts in the raw material ethanol derived from waste, and by removing these alcohols in the first purification step, the second purification step, or both, the polymerization reaction using ethylene described below can be favorably carried out, and the quality of the obtained polymer can also be easily improved.

また、上記したいずれかの工程で取り除かれる炭素数3~10のアルコールには、2-プロパノールが含まれることが好ましい。2-プロパノールがエチレンに含まれると、そのエチレンを用いて重合反応を行う場合、2-プロパノールが重合体の分岐鎖となるので、2-プロパノールを除去することで重合体における分岐鎖を少なくすることができる。したがって、エチレンから後述するように、高密度ポリエチレン(HDPE)を製造する場合など、重合体の分岐鎖を少なくしたい場合に2-プロパノールを除去することが特に好適である。 In addition, it is preferable that the alcohol having 3 to 10 carbon atoms that is removed in any of the above-mentioned steps contains 2-propanol. If 2-propanol is contained in ethylene, when a polymerization reaction is carried out using that ethylene, the 2-propanol will become a branched chain of the polymer, so by removing 2-propanol, it is possible to reduce the number of branched chains in the polymer. Therefore, it is particularly preferable to remove 2-propanol when it is desired to reduce the number of branched chains in the polymer, such as when producing high density polyethylene (HDPE) from ethylene, as described below.

本発明で製造されたエチレンは、2-プロパノールが除去されることで、2-プロパノールの含有量が、0.3体積%以下となることが好ましい。0.3体積%以下とすることで、分岐鎖を少なくする効果を発揮しやすくなる。そのような観点から、2-プロパノールの含有量は、0.1体積%以下がより好ましく、0.05体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、2-プロパノールが全く含有していなくてもよく、したがって、2-プロパノールの含有量の下限は、0体積%である。It is preferable that the ethylene produced by the present invention has a 2-propanol content of 0.3 vol% or less by removing 2-propanol. By making the content 0.3 vol% or less, it becomes easier to exert the effect of reducing branched chains. From this viewpoint, the 2-propanol content is more preferably 0.1 vol% or less, and even more preferably 0.05 vol% or less. Furthermore, the ethylene produced by the present invention may not contain any 2-propanol at all, and therefore the lower limit of the 2-propanol content is 0 vol%.

炭素数3~10のエーテルは、第1の精製工程、第2の精製工程、又はこれらの両方で取り除かれるとよいが、いずれかの工程で取り除かれる炭素数3~10のエーテルには、例えば、ジエチルエーテル、ジブチルエーテルから選択される少なくとも1種が含まれる。これらエーテルは、廃棄物由来の原料エタノールに比較多く含まれ、第1の精製工程、第2の精製工程、又はこれらの両方でこれらエーテルが除去されることで、後述するエチレンを用いた重合反応を好適に進行させ、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。 The ethers having 3 to 10 carbon atoms may be removed in the first purification step, the second purification step, or both, and the ethers having 3 to 10 carbon atoms removed in either step include, for example, at least one selected from diethyl ether and dibutyl ether. These ethers are contained in relatively large amounts in the raw material ethanol derived from waste, and removing these ethers in the first purification step, the second purification step, or both, allows the polymerization reaction using ethylene, which will be described later, to proceed favorably and also makes it easier to improve the quality of the obtained polymer.

上記したいずれかの工程で取り除かれる炭素数3~10のエーテルは、ジブチルエーテルを含むことが好ましい。ジブチルエーテルは揮発性有機化合物(VOC)であることからジブチルエーテルを除くことで、VOCにより生じうる健康リスク等の悪影響の危険性を低減できるという点において有益である。The ethers having 3 to 10 carbon atoms removed in any of the above steps preferably include dibutyl ether. Since dibutyl ether is a volatile organic compound (VOC), removing dibutyl ether is beneficial in that it reduces the risk of adverse effects, such as health risks, that may be caused by VOCs.

本発明で製造されたエチレンは、ジブチルエーテルが除去されることで、ジブチルエーテルの含有量が、0.3体積%以下となることが好ましい。0.3体積%以下とすることで、健康リスク等の悪影響の危険性を低減できるという効果を発揮しやすくなる。そのような観点から、ジブチルエーテルの含有量は、0.1体積%以下がより好ましく、0.05体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、ジブチルエーテルが全く含有していなくてもよく、したがって、ジブチルエーテルの含有量の下限は、0体積%である。It is preferable that the ethylene produced by the present invention has a dibutyl ether content of 0.3 vol% or less by removing dibutyl ether. By making the dibutyl ether content 0.3 vol% or less, it becomes easier to exert the effect of reducing the risk of adverse effects such as health risks. From this viewpoint, the dibutyl ether content is more preferably 0.1 vol% or less, and even more preferably 0.05 vol% or less. In addition, the ethylene produced by the present invention may not contain dibutyl ether at all, and therefore the lower limit of the dibutyl ether content is 0 vol%.

また、エチレン生成工程では、脱水反応により水が生成されるので、第2の精製工程にいて、少なくとも水が除去されることが好ましい。また、エチレン生成工程で生成されたエチレン含有生成物には、未反応のエタノールも一般的に残存するので、未反応のエタノールも除去することが好ましい。水やエタノールが除去されることで、後述するエチレンを用いた重合反応を好適に進行させ、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。In addition, since water is produced by a dehydration reaction in the ethylene production step, it is preferable to remove at least the water in the second purification step. Furthermore, since unreacted ethanol generally remains in the ethylene-containing product produced in the ethylene production step, it is preferable to remove the unreacted ethanol as well. By removing water and ethanol, the polymerization reaction using ethylene, which will be described later, can be favorably carried out, and the quality of the obtained polymer can be easily improved.

本発明で製造されたエチレンは、第2の精製工程において水が除去されることで、水の含有量が、0.3体積%以下であることが好ましい。0.3体積%以下とすることで、エチレンを用いた重合反応を好適に進行させやすくなり、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。そのような観点から、水の含有量は、0.1体積%以下がより好ましく、0.05体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、水を全く含有していなくてもよく、したがって、水の含有量の下限は、0体積%である。The ethylene produced by the present invention preferably has a water content of 0.3% by volume or less, as the water is removed in the second purification step. By making the water content 0.3% by volume or less, the polymerization reaction using ethylene can be easily carried out favorably, and the quality of the obtained polymer can be easily improved. From this viewpoint, the water content is more preferably 0.1% by volume or less, and even more preferably 0.05% by volume or less. In addition, the ethylene produced by the present invention may not contain any water at all, and therefore the lower limit of the water content is 0% by volume.

本発明で製造されたエチレンは、第2の精製工程においてエタノールが除去されることで、エタノールの含有量が、0.3体積%以下となることが好ましい。0.3体積%以下とすることで、エチレンを用いた重合反応を好適に進行させやすくなり、また、得られる重合体の品質も良好にしやすくなる。そのような観点から、エタノールの含有量は、0.1体積%以下がより好ましく、0.05体積%以下がさらに好ましい。また、本発明で製造されたエチレンは、エタノールを全く含有していなくてもよく、したがって、エタノールの含有量の下限は、0体積%である。The ethylene produced by the present invention preferably has an ethanol content of 0.3% by volume or less by removing ethanol in the second purification step. By making the ethanol content 0.3% by volume or less, it becomes easier to proceed favorably with the polymerization reaction using ethylene, and it also becomes easier to improve the quality of the obtained polymer. From this viewpoint, the ethanol content is more preferably 0.1% by volume or less, and even more preferably 0.05% by volume or less. In addition, the ethylene produced by the present invention may not contain any ethanol at all, and therefore the lower limit of the ethanol content is 0% by volume.

なお、本発明で製造されるエチレンは、一般的に気体であり、その気体であるエチレンをGC-TCD及びGC-FIDを用いて、各無機ガス(酸素、一酸化炭素など)と、有機物ガスとを分析することで、上記各成分の体積%を測定できる。In addition, the ethylene produced in the present invention is generally a gas, and the volume percentage of each of the above components can be measured by analyzing the gaseous ethylene using GC-TCD and GC-FID to analyze each inorganic gas (oxygen, carbon monoxide, etc.) and organic gas.

第1及び第2の精製工程それぞれにおける精製方法としては、ガスチラーなどよりなる水分分離装置、活性炭などの吸着剤を用いた分離装置、圧力スイング吸着方式の分離装置(PSA)、温度スイング吸着方式の分離装置(TSA)、圧力温度スイング吸着方式の分離装置(PTSA)、低温分離方式(深冷方式)の分離装置、スクラバーなどの水溶性不純物分離装置、脱硫装置(硫化物分離装置)、膜分離方式の分離装置、蒸留装置、クロマトグラフィーを有する分離装置、溶液吸収装置などが挙げられる。 Purification methods for each of the first and second purification steps include moisture separation devices consisting of gas chillers or the like, separation devices using adsorbents such as activated carbon, pressure swing adsorption type separation devices (PSA), temperature swing adsorption type separation devices (TSA), pressure temperature swing adsorption type separation devices (PTSA), low temperature separation type (cryogenic type) separation devices, water-soluble impurity separation devices such as scrubbers, desulfurization devices (sulfide separation devices), membrane separation type separation devices, distillation devices, separation devices with chromatography, solution absorption devices, etc.

低温分離方式としては、種々の形態を使用できるが、例えば、凝縮器を使用したものが挙げられる。溶液吸収装置は、ガスを接触させることで所定のガス成分を選択的に吸収する吸収溶液を備える装置であり、吸収溶液として、アミン溶液などのアルカリ性溶液などを使用するとよい。例えば、第1の精製工程においてアルカリ性溶液を使用すると、ガス化された原料エタノール中の二酸化炭素などを吸収できる。Various forms of low-temperature separation can be used, for example, a method using a condenser. A solution absorption device is a device equipped with an absorbing solution that selectively absorbs specific gas components by contacting the gas, and an alkaline solution such as an amine solution can be used as the absorbing solution. For example, if an alkaline solution is used in the first purification step, carbon dioxide and the like in the gasified raw material ethanol can be absorbed.

第1の精製工程では、上記のとおり、炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、及び炭素数3~10のエーテルのうちいずれかが除去されることが好ましいが、中では、比較的炭素数の大きいものが除去されることがより好ましく、特に炭素数6~14の脂肪族不飽和炭化水素が除去されることが好ましい。炭素数の大きい有機化合物は、エタノールとの分子量の違いから、第1の精製工程に簡便に除去しやすく、また、除去することでエチレン生成工程における反応をより適切に進行させやすくなる。
第1の精製工程において、炭素数6~14の脂肪族不飽和炭化水素を除去する方法は、特に限定されないが、クロマトグラフィーを有する分離装置により除去されるとよい。クロマトグラフィーとしては、逆相クロマトグラフィーなどを使用するとよい。さらに、蒸留装置、活性炭吸着などにより除去してもよい。
As described above, in the first purification step, it is preferable to remove any of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, and ethers having 3 to 10 carbon atoms, and among these, it is more preferable to remove those with a relatively large carbon number, and it is particularly preferable to remove aliphatic unsaturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms. Organic compounds with a large carbon number can be easily removed in the first purification step due to the difference in molecular weight from ethanol, and removing them also makes it easier to proceed with the reaction in the ethylene production step.
In the first purification step, the method for removing the aliphatic unsaturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms is not particularly limited, but it is preferable to remove them using a separation device having a chromatography. As the chromatography, it is preferable to use reverse phase chromatography or the like. Furthermore, they may be removed using a distillation device, activated carbon adsorption, or the like.

第2の精製工程では、エチレン生成工程において生成された水、及び未反応エタノールのいずれか一方が除去されることが好ましく、これらの両方が除去されることが好ましい。また、第2の精製工程では、上記のとおり、特定の有機化合物、一酸化炭素、及び酸素から選択される少なくとも1つを除去することが好ましく、特定の有機化合物は、比較的分子量の低い低分子量有機化合物(例えば、炭素数が3~5)が除去されることがより好ましい。すなわち、第1の精製工程において、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素が除去されるとともに、第2の精製工程において、水及び未反応のエタノールに加え、比較的分子量の低い特定の低分子量有機化合物が少なくとも除去されることがより好ましく、第2の精製工程においては、これらに加えてさらに一酸化炭素、及び酸素が除去されることも好ましい。
第2の精製工程において除去される特定の有機化合物には、具体的には、2-プロパノールなどの低分子量アルコール、ジエチルエーテルなどの低分子量エーテルから選択される少なくとも1つが含まれることがさらに好ましい。また、第2の精製工程において除去される特定の有機化合物には、これらに加えて、プロピレンなどの低分子量の脂肪族不飽和炭化水素などもさらに含まれることがよりさらに好ましい。すなわち、第2の精製工程では、低分子量有機化合物として、プロパノール及びジエチルエーテルが除去されることがよりさらに好ましく、これらに加えてさらに、プロピレンが除去されることが特に好ましい。
低分子量有機化合物は、特定の分離装置を使用することで、未反応のエタノール、一酸化炭素、酸素などとともに効率的にエチレンから除去できる。
また、ジエチルエーテルは、エチレン生成工程においてはエタノールと共にエチレンを生成する原料になり得る。したがって、ジエチルエーテルは、第1の精製工程よりも、第2の精製工程において多い割合で除去することが好ましい。なお、割合とは、第1の精製工程では原料エタノール、第2の精製工程ではエチレン含有生成物に対する割合である。
In the second purification step, it is preferable to remove either the water produced in the ethylene production step or the unreacted ethanol, and it is preferable to remove both of them. As described above, in the second purification step, it is preferable to remove at least one selected from a specific organic compound, carbon monoxide, and oxygen, and it is more preferable that the specific organic compound removed is a low-molecular-weight organic compound having a relatively low molecular weight (e.g., having 3 to 5 carbon atoms). That is, it is more preferable that aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms are removed in the first purification step, and that in the second purification step, in addition to water and unreacted ethanol, at least a specific low-molecular-weight organic compound having a relatively low molecular weight is removed, and it is also preferable that in the second purification step, carbon monoxide and oxygen are removed in addition to these.
More preferably, the specific organic compounds removed in the second purification step specifically include at least one selected from low molecular weight alcohols such as 2-propanol and low molecular weight ethers such as diethyl ether. Furthermore, it is even more preferable that the specific organic compounds removed in the second purification step further include, in addition to these, low molecular weight aliphatic unsaturated hydrocarbons such as propylene. That is, in the second purification step, it is even more preferable that propanol and diethyl ether are removed as low molecular weight organic compounds, and it is particularly preferable that propylene is removed in addition to these.
Low molecular weight organic compounds can be efficiently removed from ethylene along with unreacted ethanol, carbon monoxide, oxygen, etc. using specific separation equipment.
In addition, diethyl ether can be a raw material for producing ethylene together with ethanol in the ethylene production step. Therefore, it is preferable to remove a larger proportion of diethyl ether in the second purification step than in the first purification step. The "proportion" refers to the proportion relative to the raw material ethanol in the first purification step and the proportion relative to the ethylene-containing product in the second purification step.

第2の精製工程では、特に限定されないが、好ましくは低温分離方式の分離装置により精製を行うとよい。具体的には、エチレンの融点以下(常圧では-170℃以下)に冷却された冷媒(チラー)を用いた凝縮器により、エチレンを固化させてエチレンを分離する方法が挙げられる。
この場合、エチレンよりも融点が高い水、二酸化炭素、エタノールその他の有機化合物などの物質は、冷媒の温度が上記凝縮器よりも高い1又は2以上の前段の凝縮器を用いて、取り除いておくとよい。前段の凝縮器としては、例えば、冷媒の温度が比較的高い(例えば、常圧では0~25℃)第1の凝縮器と、第1の凝縮器よりも冷媒の温度が低い第2の凝縮器(例えば、常圧では-50~-90℃)とを組み合わせて使用してもよい。
また、凝縮器はいかなる形態のものでもよく、冷媒が通された金属管などに、気相のエチレン含有生成物を接触させてもよいし、冷媒とエチレン含有生成物を直接接触させてもよい。
In the second purification step, although there is no particular limitation, purification is preferably performed using a separation device of a low-temperature separation type. Specifically, there is a method in which ethylene is solidified and separated by a condenser using a refrigerant (chiller) cooled to a temperature below the melting point of ethylene (−170° C. or lower at normal pressure).
In this case, substances such as water, carbon dioxide, ethanol, and other organic compounds having a melting point higher than that of ethylene may be removed by using one or more upstream condensers having a refrigerant temperature higher than that of the condenser. As the upstream condensers, for example, a first condenser having a relatively high refrigerant temperature (e.g., 0 to 25°C at normal pressure) and a second condenser having a lower refrigerant temperature than that of the first condenser (e.g., -50 to -90°C at normal pressure) may be used in combination.
The condenser may be of any shape, and the ethylene-containing product in a gas phase may be brought into contact with a metal tube or the like through which a refrigerant passes, or the ethylene-containing product may be brought into direct contact with the refrigerant.

[重合体の製造方法]
本発明で製造されたエチレンは、様々な用途に使用可能であるが、好ましくは、エチレン由来の構成単位を含む重合体を製造する重合工程に供される。重合工程では、エチレンを含むモノマーを重合して重合体が得られる。重合体は、エチレン単体を重合して得られたホモポリエチレンでもよいが、エチレンとエチレン以外のモノマー成分を重合した共重合体でもよい。
[Method of producing polymer]
The ethylene produced by the present invention can be used for various applications, but is preferably subjected to a polymerization step for producing a polymer containing structural units derived from ethylene. In the polymerization step, a monomer containing ethylene is polymerized to obtain a polymer. The polymer may be a homopolyethylene obtained by polymerizing ethylene alone, or a copolymer obtained by polymerizing ethylene and a monomer component other than ethylene.

重合体は、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)などのポリエチレン樹脂が好ましい。
また、エチレン由来の構成単位を含む重合体であればこれら以外でもよく、例えば、エチレン以外のモノマーとの共重合体であってもよい。当該エチレン以外のモノマーとしては、特に制限されないが、プロピレン、1-ブテン、2-ブテン、イソブテン、1-ペンテン、1-へキセン、1-へプテン、1-オクテン、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、アクリルニトリル、フッ化ビニル、塩化ビニル、臭化ビニル、テトラフルオロエチレン、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、一酸化炭素等が挙げられる。具体的な共重合体としては、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレンアクリル酸メチル共重合体、エチレン(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン(メタ)アクリル酸共重合体、エチレンプロピレンゴム(EPM)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)等が挙げられる。
The polymer is preferably a polyethylene resin such as low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), or ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
In addition, other than these may be used as long as the polymer contains a structural unit derived from ethylene, and for example, the polymer may be a copolymer with a monomer other than ethylene. The monomer other than ethylene is not particularly limited, and examples thereof include propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, vinyl acetate, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinyl chloride, vinyl bromide, tetrafluoroethylene, diethyl maleate, diethyl fumarate, and carbon monoxide. Specific examples of the copolymer include ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-ethyl (meth)acrylate copolymer, ethylene-(meth)acrylic acid copolymer, ethylene-propylene rubber (EPM), and ethylene-propylene diene rubber (EPDM).

低密度ポリエチレンは、分子構造上、短鎖分岐と長鎖分岐とを有し、密度が0.910g/cm以上0.942g/cm未満であり、典型的には密度が0.930g/cm以下である。高密度ポリエチレンは、分子構造上分岐が少なく、密度が0.942g/cm以上のポリエチレンである。なお、密度が0.930g/cm以上0.942g/cm未満のポリエチレンを中密度ポリエチレンと呼ぶ場合がある。
直鎖状低密度ポリエチレンは、一般的にエチレンと、少量のエチレン以外のα-オレフィンとの共重合体であり、エチレン以外のα-オレフィンとしては、炭素数3~10のα-オレフィンが挙げられ、具体的には、プロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、4-メチル-ペンテン-1、ヘキセン-1、オクテン-1、デセン-1等が挙げられる。直鎖状低密度ポリエチレンの密度は0.942g/cm未満であり、典型的には密度は0.930g/cm以下であり、また、例えば0.880g/cm以上、典型的には0.910g/cm以上である。
Low-density polyethylene has short-chain branches and long-chain branches in its molecular structure, and has a density of 0.910 g/ cm3 or more and less than 0.942 g/ cm3 , typically a density of 0.930 g/cm3 or less. High-density polyethylene has a molecular structure with few branches and a density of 0.942 g/cm3 or more . Polyethylene with a density of 0.930 g/ cm3 or more and less than 0.942 g/ cm3 is sometimes called medium-density polyethylene.
Linear low density polyethylene is generally a copolymer of ethylene and a small amount of α-olefin other than ethylene, and the α-olefin other than ethylene includes α-olefins having 3 to 10 carbon atoms, specifically, propylene, butene-1, pentene-1, 4-methyl-pentene-1, hexene-1, octene-1, decene-1, etc. The density of linear low density polyethylene is less than 0.942 g/cm 3 , typically the density is 0.930 g/cm 3 or less, and is, for example, 0.880 g/cm 3 or more, typically 0.910 g/cm 3 or more.

超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)は、一般的なポリエチレンよりも分子量が大きいポリエチレンであり、例えば重量平均分子量が40万以上のポリエチレン樹脂であり、好ましくは重量平均分子量が100万以上である。超高分子量ポリエチレンは、重量平均分子量が高くなることで各種の機械強度が良好となる。また、超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量は、重合の容易性の観点などから、700万以下が好ましく、400万以下がさらに好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量である。
超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)は、エチレン単独重合体であってもよいが、エチレンとエチレン以外のα-オレフィンとの共重合体であってもよい。エチレン以外のα-オレフィンは、上記LLDPEで述べたとおりである。
Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is a polyethylene having a larger molecular weight than general polyethylene, for example, a polyethylene resin having a weight average molecular weight of 400,000 or more, preferably a weight average molecular weight of 1,000,000 or more. With an increased weight average molecular weight, the ultra-high molecular weight polyethylene has good mechanical strength in various respects. In addition, the weight average molecular weight of the ultra-high molecular weight polyethylene is preferably 7,000,000 or less, more preferably 4,000,000 or less, from the viewpoint of ease of polymerization. The weight average molecular weight is the weight average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).
The ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) may be an ethylene homopolymer, or may be a copolymer of ethylene and an α-olefin other than ethylene. The α-olefin other than ethylene is as described above for LLDPE.

エチレンは、例えばラジカル開始剤存在下に重合してポリエチレン樹脂とすることができる。ラジカル開始剤としては、特に限定されないが、有機過酸化物、ペルオキシエステル、ジアルキルペルオキシド、またはそれらの組み合わせなどの酸素ベースの開始剤を含む。ラジカル開始剤の具体例としては、特に限定されないが、t-ブチルペルオキシピバレート、di-t-ブチルペルオキシド(DTBP)、t-ブチルペルオキシアセテート(TBPO)、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルペルオキシネオデカノエート(PND)、t-ブチルペルオキシオクトエート、およびこれらの任意の2以上の組み合わせが挙げられる。Ethylene can be polymerized, for example, in the presence of a radical initiator to form a polyethylene resin. Radical initiators include, but are not limited to, oxygen-based initiators such as organic peroxides, peroxyesters, dialkyl peroxides, or combinations thereof. Specific examples of radical initiators include, but are not limited to, t-butyl peroxypivalate, di-t-butyl peroxide (DTBP), t-butyl peroxyacetate (TBPO), t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, t-butyl peroxyneodecanoate (PND), t-butyl peroxyoctoate, and combinations of any two or more of these.

また、エチレンは、レドックス触媒などの触媒存在下に重合することでポリエチレン樹脂とすることもできる。レドックス触媒としては、チーグラー・ナッタ触媒、メタロセン触媒、フィリップス触媒、スタンダード触媒などが挙げられる。Ethylene can also be polymerized in the presence of a catalyst such as a redox catalyst to produce polyethylene resin. Examples of redox catalysts include Ziegler-Natta catalysts, metallocene catalysts, Phillips catalysts, and standard catalysts.

チーグラー・ナッタ触媒としては、例えばトリエチルアルミニウム-四塩化チタン固体複合物を使用する。チーグラー・ナッタ触媒は、例えば、四塩化チタンを有機アルミニウム化合物で還元し、更に各種の電子供与体及び電子受容体で処理して得られた三塩化チタン組成物と、有機アルミニウム化合物と、芳香族カルボン酸エステルとを組み合わせてもよいし、ハロゲン化マグネシウムに四塩化チタンと各種の電子供与体を接触させ担持型触媒としてもよい。
メタロセン触媒としては、例えば、遷移金属をπ電子系の不飽和化合物で挟んだ構造を有するビス(シクロペンタジエニル)金属錯体等の化合物が挙げられる。より具体的には、チタン、ジルコニウム、ニッケル、パラジウム、ハフニウム、及び白金等の四価の遷移金属に、1又は2以上のシクロペンタジエニル環又はその類縁体がリガンド(配位子)として存在する化合物が挙げられる。
チーグラー・ナッタ触媒及びメタロセン触媒は、それぞれ特定の共触媒(助触媒)と組み合わせて使用してもよい。具体的な共触媒としては、メチルアルミノキサン(MAO)、ホウ素系化合物等が挙げられる。
As the Ziegler-Natta catalyst, for example, a triethylaluminum-titanium tetrachloride solid composite is used. The Ziegler-Natta catalyst may be, for example, a combination of a titanium trichloride composition obtained by reducing titanium tetrachloride with an organoaluminum compound and further treating it with various electron donors and electron acceptors, an organoaluminum compound, and an aromatic carboxylic acid ester, or a supported catalyst may be prepared by contacting magnesium halide with titanium tetrachloride and various electron donors.
Examples of metallocene catalysts include compounds such as bis(cyclopentadienyl) metal complexes having a structure in which a transition metal is sandwiched between π-electron unsaturated compounds, etc. More specifically, compounds in which one or more cyclopentadienyl rings or analogs thereof exist as ligands on a tetravalent transition metal such as titanium, zirconium, nickel, palladium, hafnium, or platinum can be mentioned.
The Ziegler-Natta catalyst and the metallocene catalyst may each be used in combination with a specific cocatalyst (promoter), such as methylaluminoxane (MAO) or a boron-based compound.

フィリップス触媒としては、たとえば酸化クロム等のクロム化合物を含む触媒系であり、具体的には、シリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、シリカ-チタニア等の固体酸化物に、三酸化クロム、クロム酸エステル等のクロム化合物を担持した触媒を例示することができる。
また、スタンダード触媒としては、酸化モリブデンを使用した公知の触媒であり、例えば、ガンマ-アルミナ・酸化モリブデンなどが挙げられる。
The Phillips catalyst is, for example, a catalyst system containing a chromium compound such as chromium oxide. Specific examples of the catalyst include catalysts in which a chromium compound such as chromium trioxide or a chromate ester is supported on a solid oxide such as silica, alumina, silica-alumina, or silica-titania.
The standard catalyst is a known catalyst using molybdenum oxide, such as gamma-alumina-molybdenum oxide.

エチレンの重合法としては、ラジカル開始剤を使用する場合には、高圧法が挙げられる。高圧法では、エチレンを1000~4000気圧、100~350℃の環境下で、例えば多段ガス圧縮機を用いて重合するとよい。その後、残留モノマーを分離し、冷却して得られる。エチレンは、高圧法により製造されることで、低密度ポリエチレン(LDPE)が製造できる。 When a radical initiator is used, the high-pressure method can be used to polymerize ethylene. In the high-pressure method, ethylene is polymerized, for example, using a multi-stage gas compressor in an environment of 1000 to 4000 atmospheres and 100 to 350°C. The residual monomers are then separated and cooled to obtain the product. Low-density polyethylene (LDPE) can be produced from ethylene produced by the high-pressure method.

チーグラー・ナッタ触媒、メタロセン触媒、フィリップス触媒、スタンダード触媒などの触媒を使用する場合には、エチレンは、低圧法、中圧法で重合を行うとよい。これら触媒を使用する場合には、液相重合法、気相重合法、懸濁重合法のいずれで行うことが好ましい。これら触媒を使用し、低圧法又は中圧法でエチレンを重合することでHDPEを製造できる。また、これら触媒を使用して、エチレンと、エチレン以外の若干量のα-オレフィンを共重合することで、LLDPEも製造することができる。さらに、例えば低圧の懸濁重合法により、長期間重合を行うことで超高分子量ポリエチレンを得ることができる。 When using catalysts such as Ziegler-Natta catalysts, metallocene catalysts, Phillips catalysts, and standard catalysts, ethylene should be polymerized by low-pressure or medium-pressure methods. When using these catalysts, it is preferable to use any of the liquid-phase polymerization method, gas-phase polymerization method, and suspension polymerization method. HDPE can be produced by polymerizing ethylene using these catalysts by low-pressure or medium-pressure methods. LLDPE can also be produced by copolymerizing ethylene and a small amount of α-olefins other than ethylene using these catalysts. Furthermore, ultra-high molecular weight polyethylene can be obtained by performing polymerization for a long period of time, for example, by low-pressure suspension polymerization method.

本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。The present invention will be explained in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

<原料エタノールの製造>
(原料ガス生成工程)
ごみ焼却設備で一般廃棄物を燃焼した後に排出されるガスを用いた。原料ガスの成分は、一酸化炭素約30体積%、二酸化炭素約30体積%、水素約30体積%および窒素は約10体積%であった。
<Production of raw material ethanol>
(Raw material gas generation process)
The gas discharged after incineration of general waste in a waste incineration facility was used. The raw gas contained approximately 30% by volume of carbon monoxide, approximately 30% by volume of carbon dioxide, approximately 30% by volume of hydrogen, and approximately 10% by volume of nitrogen.

(合成ガス精製工程)
上記にて製造された原料ガスを、圧力スイング吸着方式の分離装置(PSA)を用いて、ガス温度を80℃まで加温した条件にて、合成ガス中に含まれている二酸化炭素を、60~80体積%除去した後、150℃のスチームを用いた二重管式熱交換器にて、ガスの昇温と25℃の冷却水を用いた二重管式熱交換器を用いて再冷却を行い、不純物を析出させ析出した不純物をフィルターで除去することにより、合成ガスを製造した。
(Synthetic gas refining process)
The raw material gas produced as described above was heated to a gas temperature of 80° C. using a pressure swing adsorption type separation apparatus (PSA) to remove 60 to 80% by volume of carbon dioxide contained in the synthesis gas. The gas was then heated in a double-pipe heat exchanger using steam at 150° C. and re-cooled using a double-pipe heat exchanger using cooling water at 25° C. to precipitate impurities, which were then removed using a filter to produce a synthesis gas.

(エタノール変換工程)
主反応器、合成ガス供給孔、および排出孔を備えた、クロストリジウム・オートエタノゲナム(微生物)の種菌と、菌培養用の液状培地(リン化合物、窒素化合物および各種ミネラル等を適切量含む)を充填した連続発酵装置(微生物発酵槽)に、上記のようにして得られた合成ガスを連続的に供給し、37℃で培養(微生物発酵)を連続300時間行った。その後、排出孔からエタノールを含有する培養液を約8000L抜き出した。
(Ethanol conversion process)
The synthesis gas obtained as described above was continuously supplied to a continuous fermentation apparatus (microbial fermentation tank) equipped with a main reactor, a synthesis gas supply hole, and a discharge hole, and filled with a seed culture of Clostridium autoethanogenum (a microorganism) and a liquid medium for bacterial culture (containing appropriate amounts of phosphorus compounds, nitrogen compounds, various minerals, etc.), and culture (microbial fermentation) was performed continuously for 300 hours at 37° C. After that, about 8000 L of the culture liquid containing ethanol was extracted from the discharge hole.

(分離工程)
上記エタノール変換工程で得られた、エタノールを含有する培養液を、固液分離フィルター装置を用いて培養液導入圧200kPa以上、温度37℃の条件にて固液分離して、エタノール含有液を得た。
(Separation process)
The ethanol-containing culture solution obtained in the ethanol conversion step was subjected to solid-liquid separation using a solid-liquid separation filter device under conditions of a culture solution introduction pressure of 200 kPa or more and a temperature of 37° C. to obtain an ethanol-containing solution.

(前段精製工程)
続いて、エタノール含有液を、170℃のスチームを用いた加熱器を備えた蒸留装置に導入した。蒸留塔底部の温度を8~15分以内に101℃まで上昇させた後、上記エタノール含有液を蒸留塔中部から導入し、連続運転時においては、塔底部を101℃、塔中部を99℃、頭頂部を91℃にて、15秒/Lの条件にて連続運転し、精製されたエタノールを得た。蒸留塔内部の圧力は60~95kPa(絶対圧)であった。精製されたエタノール(原料エタノール)は、エタノール純度が90容量%以上であった。
(Preliminary purification process)
The ethanol-containing liquid was then introduced into a distillation apparatus equipped with a heater using steam at 170°C. After the temperature of the bottom of the distillation column was raised to 101°C within 8 to 15 minutes, the ethanol-containing liquid was introduced from the middle of the distillation column, and during continuous operation, the column bottom was kept at 101°C, the middle at 99°C, and the top at 91°C, and the operation was continued under the conditions of 15 sec/L to obtain purified ethanol. The pressure inside the distillation column was 60 to 95 kPa (absolute pressure). The purified ethanol (raw material ethanol) had an ethanol purity of 90% by volume or more.

(第1の精製工程)
得られたエタノールを逆相クロマトグラフィーにより精製し、主に炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素を除去する。
(First purification step)
The resulting ethanol is purified by reverse phase chromatography to remove aliphatic saturated hydrocarbons mainly having 6 to 14 carbon atoms.

(エチレン生成工程)
第1の精製工程で精製された原料エタノールからエチレンを含む生成物を製造する。
具体的には、活性アルミナ触媒を反応管に充填し、温度525℃、圧力0.5MPaGに調整する。第1の精製工程で得られるエタノールを反応管に供給し、気相脱水反応をすることで、エチレンを含むエチレン含有生成物を製造する。
(Ethylene production process)
A product containing ethylene is produced from the raw material ethanol refined in the first refinement step.
Specifically, an activated alumina catalyst is packed into a reaction tube, and the temperature and pressure are adjusted to 525° C. and 0.5 MPaG. Ethanol obtained in the first purification step is supplied to the reaction tube, and a gas-phase dehydration reaction is carried out to produce an ethylene-containing product containing ethylene.

(第2の精製工程)
5℃に冷却した第1の凝縮器、-70℃に冷却した第2の凝縮器、及び-170℃に冷却した第3の凝縮器をこの順に配置して、これらに上記で製造したエチレン含有生成物を順次バブリングすることで精製したエチレンを製造する。第1の凝縮器で主に水を除去し、第2の凝縮器で主に未反応のエタノール、2-プロパノール、ジエチルエーテルを除去し、第3の凝縮器で主にプロピレン、一酸化炭素、及び酸素を除去する。
(Second purification step)
A first condenser cooled to 5° C., a second condenser cooled to −70° C., and a third condenser cooled to −170° C. are arranged in this order, and the ethylene-containing product produced above is sequentially bubbled through these condensers to produce purified ethylene. Water is mainly removed in the first condenser, unreacted ethanol, 2-propanol, and diethyl ether are mainly removed in the second condenser, and propylene, carbon monoxide, and oxygen are mainly removed in the third condenser.

(ポリエチレン樹脂の製造)
反応管を窒素置換した後、助触媒である修飾メチルアルミノキサン(MMAO)、チーグラー・ナッタ触媒、およびトルエンを添加する。常圧下に室温で撹拌した後、50℃まで昇温し、エチレンを供給して重合を行うことで、ポリエチレン樹脂(HDPE)を製造する。
本実施例で製造されるポリエチレンは、第1及び第2の精製工程を経ることで、エチレンの重合反応における重合活性が好適に進行し、かつ得られる重合体の品質を良好にできる。比較として市販高純度のエチレンを用いて重合されたポリエチレンとしても、分子量は同等のものができる。

(Production of polyethylene resin)
After replacing the atmosphere in the reaction tube with nitrogen, modified methylaluminoxane (MMAO) as a co-catalyst, Ziegler-Natta catalyst, and toluene are added. After stirring at room temperature under normal pressure, the temperature is raised to 50°C and ethylene is supplied to polymerize, producing polyethylene resin (HDPE).
The polyethylene produced in this example is subjected to the first and second purification steps, so that the polymerization activity in the ethylene polymerization reaction proceeds favorably and the quality of the obtained polymer can be improved. For comparison, polyethylene polymerized using commercially available high purity ethylene has a similar molecular weight.

Claims (11)

廃棄物由来の合成ガスから、ガス資化性微生物による微生物発酵により、エタノール含有培養液を生成するエタノール変換工程と、
得られたエタノール含有培養液から、微生物を含む成分を分離して、エタノール含有液を得る分離工程と、
前記エタノール含有液を蒸留装置を用いて精製して、廃棄物由来のエタノールを含む原料エタノールを得る前段精製工程と、
前記原料エタノールをクロマトグラフィー、蒸留装置、及び活性炭吸着のいずれかで炭素数6~14の脂肪族不飽和炭化水素を除去するようにさらに精製する第1の精製工程と
前記第1の精製工程を経た原料エタノールから、エチレンを含むエチレン含有生成物を得るエチレン生成工程
を含むエチレンの製造方法。
an ethanol conversion step of producing an ethanol-containing culture solution from a waste-derived synthesis gas by microbial fermentation using a gas-utilizing microorganism;
A separation step of separating components containing microorganisms from the obtained ethanol-containing culture liquid to obtain an ethanol-containing liquid;
A preliminary purification step of purifying the ethanol-containing liquid using a distillation apparatus to obtain raw material ethanol containing ethanol derived from waste;
a first purification step of further purifying the raw ethanol by any one of chromatography, distillation, and activated carbon adsorption to remove aliphatic unsaturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms ;
an ethylene production step of obtaining an ethylene-containing product containing ethylene from the raw material ethanol that has been subjected to the first purification step;
A method for producing ethylene comprising the steps of:
製造されたエチレンにおいて、炭素数6~14の脂肪族飽和炭化水素の含有量が、0.3体積%以下である、請求項1に記載のエチレンの製造方法。2. The method for producing ethylene according to claim 1, wherein the content of aliphatic saturated hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms in the produced ethylene is 0.3 vol % or less. 前記エチレン生成工程の後に、前記エチレン含有生成物から炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、炭素数3~10のエーテル、一酸化炭素、及び酸素からなる群から選択される少なくとも1つを除去する第2の精製工程をさらに含む、請求項1又は2に記載のエチレンの製造方法。 3. The method for producing ethylene according to claim 1 or 2, further comprising, after the ethylene production step, a second purification step of removing at least one selected from the group consisting of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, ethers having 3 to 10 carbon atoms, carbon monoxide, and oxygen from the ethylene-containing product . 前記第2の精製工程において一酸化炭素及び酸素を除去する請求項3に記載のエチレンの製造方法。The method for producing ethylene according to claim 3, wherein carbon monoxide and oxygen are removed in the second purification step. 廃棄物由来の合成ガスから、ガス資化性微生物による微生物発酵により、エタノール含有培養液を生成するエタノール変換工程と、an ethanol conversion step of producing an ethanol-containing culture solution from a waste-derived synthesis gas by microbial fermentation using a gas-utilizing microorganism;
得られたエタノール含有培養液から、微生物を含む成分を分離して、エタノール含有液を得る分離工程と、A separation step of separating components containing microorganisms from the obtained ethanol-containing culture liquid to obtain an ethanol-containing liquid;
前記エタノール含有液を蒸留装置を用いて精製して、廃棄物由来のエタノールを含む原料エタノールを得る前段精製工程と、A preliminary purification step of purifying the ethanol-containing liquid using a distillation apparatus to obtain raw material ethanol containing ethanol derived from waste;
前記原料エタノールから、エチレンを含むエチレン含有生成物を得るエチレン生成工程と、an ethylene production step of obtaining an ethylene-containing product containing ethylene from the raw material ethanol;
前記エチレン生成工程の後に一酸化炭素、及び酸素を除去するように前記エチレン含有生成物を精製する第2の精製工程とa second purification step of purifying the ethylene-containing product after the ethylene production step to remove carbon monoxide and oxygen;
を含むエチレンの製造方法。A method for producing ethylene comprising the steps of:
エチレン生成工程の前に、前記原料エタノールから炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素、炭素数3~14の脂肪族飽和炭化水素、炭素数3~10のアルコール、及び炭素数3~10のエーテルからなる群から選択される少なくとも1つを除去する第1の精製工程を含む、請求項5に記載のエチレンの製造方法。6. The method for producing ethylene according to claim 5, comprising a first purification step of removing at least one selected from the group consisting of aliphatic unsaturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, aliphatic saturated hydrocarbons having 3 to 14 carbon atoms, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, and ethers having 3 to 10 carbon atoms from the raw material ethanol prior to the ethylene production step. 製造されたエチレンにおいて、一酸化炭素の含有量が、1体積%以下であり、かつ酸素の含有量が1体積%以下である請求項4~6のいずれか1項に記載のエチレンの製造方法。7. The method for producing ethylene according to any one of claims 4 to 6, wherein the produced ethylene has a carbon monoxide content of 1 vol% or less and an oxygen content of 1 vol% or less. 前記炭素数3~14の脂肪族不飽和炭化水素が、プロピレンを含む、請求項3または6に記載のエチレンの製造方法。 The method for producing ethylene according to claim 3 or 6 , wherein the aliphatic unsaturated hydrocarbon having 3 to 14 carbon atoms includes propylene. 前記炭素数3~10のアルコールが、2-プロパノールを含む、請求項3、6、及び8のいずれか1項に記載のエチレンの製造方法。 The method for producing ethylene according to any one of claims 3, 6 and 8 , wherein the alcohol having 3 to 10 carbon atoms includes 2-propanol. 前記炭素数3~10のエーテルが、ジブチルエーテルを含む、請求項3、6、8及び9のいずれか1項に記載のエチレンの製造方法。 The method for producing ethylene according to any one of claims 3, 6, 8 and 9 , wherein the ether having 3 to 10 carbon atoms comprises dibutyl ether. 請求項1~10のいずれか1項に記載の方法で製造されるエチレンを含むモノマーを重合して重合体を得る重合工程を含む、重合体の製造方法。 A method for producing a polymer, comprising a polymerization step of polymerizing an ethylene-containing monomer produced by the method according to any one of claims 1 to 10 to obtain a polymer.
JP2021530689A 2019-07-05 2020-07-06 Method for producing ethylene and method for producing polymer Active JP7589148B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024197608A JP7791966B2 (en) 2019-07-05 2024-11-12 Method for producing ethylene and method for producing polymer
JP2025244302A JP2026040504A (en) 2019-07-05 2025-12-10 Method for producing ethylene and method for producing polymer

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019126307 2019-07-05
JP2019126307 2019-07-05
PCT/JP2020/026426 WO2021006245A1 (en) 2019-07-05 2020-07-06 Method for producing ethylene, and method for producing polymer

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024197608A Division JP7791966B2 (en) 2019-07-05 2024-11-12 Method for producing ethylene and method for producing polymer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2021006245A1 JPWO2021006245A1 (en) 2021-01-14
JP7589148B2 true JP7589148B2 (en) 2024-11-25

Family

ID=74113776

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021530689A Active JP7589148B2 (en) 2019-07-05 2020-07-06 Method for producing ethylene and method for producing polymer
JP2024197608A Active JP7791966B2 (en) 2019-07-05 2024-11-12 Method for producing ethylene and method for producing polymer
JP2025244302A Pending JP2026040504A (en) 2019-07-05 2025-12-10 Method for producing ethylene and method for producing polymer

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024197608A Active JP7791966B2 (en) 2019-07-05 2024-11-12 Method for producing ethylene and method for producing polymer
JP2025244302A Pending JP2026040504A (en) 2019-07-05 2025-12-10 Method for producing ethylene and method for producing polymer

Country Status (2)

Country Link
JP (3) JP7589148B2 (en)
WO (1) WO2021006245A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4474371A4 (en) * 2022-01-31 2026-02-18 Asahi Chemical Ind METHOD FOR CONVERSION OF ETHANOL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF ANOTHER HYDROGENIC CARBON
JPWO2023190470A1 (en) 2022-03-30 2023-10-05
KR20250031205A (en) * 2022-06-30 2025-03-06 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 Method for producing unsaturated hydrocarbon having 2 to 8 carbon atoms, method for producing unsaturated hydrocarbon mixture having 2 to 8 carbon atoms, method for producing olefin polymer, method for producing compound, method for producing polymer, olefin polymer and polymer
JP2024119514A (en) 2023-02-22 2024-09-03 住友化学株式会社 Storage method for antioxidant mixture
EP4421101A1 (en) 2023-02-22 2024-08-28 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing heterophasic propylene polymerization material and method for producing olefin polymer
EP4474447A3 (en) 2023-02-22 2025-03-12 Sumitomo Chemical Company, Limited Antioxidant mixture

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009517448A (en) 2005-11-29 2009-04-30 ビーピー ケミカルズ リミテッド Process for producing ethylene
JP2010030902A (en) 2006-11-21 2010-02-12 Mitsui Chemicals Inc Method for producing ethylene
JP2012001441A (en) 2010-06-14 2012-01-05 Sekisui Chem Co Ltd Method for producing ethanol and system for producing ethanol
US20130157322A1 (en) 2010-08-26 2013-06-20 Lanzatech New Zealand Limited Process for producing ethanol and ethylene via fermentation
US20150133708A1 (en) 2012-05-16 2015-05-14 China Petroleum & Chemical Corporation An apparatus for producing ethylene and a producing method thereof
JP2017137464A (en) 2016-02-05 2017-08-10 日本ポリプロ株式会社 Olefin polymerization method by refined olefin
JP2019048743A (en) 2017-09-11 2019-03-28 積水化学工業株式会社 Modification method of hydrocarbon-containing gas, modification system of hydrocarbon-containing gas, manufacturing method of organic oxide and manufacturing system of organic oxide

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1741559A (en) * 1925-01-07 1929-12-31 Ohio Chemical & Mfg Company Purification of ethylene
BR8101487A (en) * 1981-03-13 1982-10-26 Petroleo Brasileiro Sa DEHYDRATION PROCESS OF A LOW MOLECULAR WEIGHT ALCOHOL
JP2000309549A (en) 1999-02-25 2000-11-07 Jgc Corp Production of ethylene
CN100551885C (en) 2005-09-29 2009-10-21 中国石油化工集团公司 Method for recovering low-carbon olefins from product gas produced from olefins
EP2338865A1 (en) 2009-12-22 2011-06-29 Total Petrochemicals Research Feluy Process for removing oxygenated contaminants from an hydrocarbon stream
EP2931688B1 (en) 2012-12-13 2017-01-25 Total Research & Technology Feluy Process for removing light components from an ethylene stream
JP2016150932A (en) 2015-02-19 2016-08-22 出光興産株式会社 Method for producing light olefin
JP6948890B2 (en) * 2017-09-11 2021-10-13 アース製薬株式会社 Flying pest tracking inhibitor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009517448A (en) 2005-11-29 2009-04-30 ビーピー ケミカルズ リミテッド Process for producing ethylene
JP2010030902A (en) 2006-11-21 2010-02-12 Mitsui Chemicals Inc Method for producing ethylene
JP2012001441A (en) 2010-06-14 2012-01-05 Sekisui Chem Co Ltd Method for producing ethanol and system for producing ethanol
US20130157322A1 (en) 2010-08-26 2013-06-20 Lanzatech New Zealand Limited Process for producing ethanol and ethylene via fermentation
US20150133708A1 (en) 2012-05-16 2015-05-14 China Petroleum & Chemical Corporation An apparatus for producing ethylene and a producing method thereof
JP2017137464A (en) 2016-02-05 2017-08-10 日本ポリプロ株式会社 Olefin polymerization method by refined olefin
JP2019048743A (en) 2017-09-11 2019-03-28 積水化学工業株式会社 Modification method of hydrocarbon-containing gas, modification system of hydrocarbon-containing gas, manufacturing method of organic oxide and manufacturing system of organic oxide

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"ごみ"をエタノールに変換するパイロットプラントを初公開-世界初の革新的生産技術による「都市油田」の実現に向けて-,積水化学工業株式会社プレスリリース [online],2018年04月17日,インターネット,[2020年8月18日検索],URL:<https://kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104863/201804162973/_prw_OR1fl_6UCQsC40.pdf>
"ごみ"を"エタノール"に変換する世界初の革新的生産技術を確立,積水化学工業株式会社ホームページ [online],2017年12月06日,pp.1-3,インターネット,[2020年8月18日検索],URL:<https://www.sekisui.co.jp/news/2017/1314802_29186.html>

Also Published As

Publication number Publication date
JP7791966B2 (en) 2025-12-24
WO2021006245A1 (en) 2021-01-14
JP2025013666A (en) 2025-01-24
JPWO2021006245A1 (en) 2021-01-14
JP2026040504A (en) 2026-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7791966B2 (en) Method for producing ethylene and method for producing polymer
JP7422210B2 (en) Bio-based liquefied petroleum gas production
JP6073818B2 (en) Method and system for recycling a solvent used during an ethylene-based polymerization reaction
KR20250031205A (en) Method for producing unsaturated hydrocarbon having 2 to 8 carbon atoms, method for producing unsaturated hydrocarbon mixture having 2 to 8 carbon atoms, method for producing olefin polymer, method for producing compound, method for producing polymer, olefin polymer and polymer
CN113382963B (en) Ethanol
JP6789404B2 (en) Manufacturing method of organic substances
JP2025003478A (en) ethanol
JP2026066408A (en) ethanol
JP7645795B2 (en) Method for determining the carbon source of chemical substances
JP7575547B2 (en) ethanol
JP7575549B2 (en) ethanol
JP2025003482A (en) ethanol
JP7824377B2 (en) ethanol
JP7824375B2 (en) ethanol
CN1915935A (en) Method for raising selectivity of propylene
JP2026063289A (en) ethanol
JP2026071411A (en) ethanol
JP2024138056A (en) ethanol
JP2015131778A (en) Propylene production method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240305

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240704

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241015

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241113

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7589148

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150