JP7632039B2 - Silver-alkaline earth metal-containing MFI type zeolite and catalyst for producing hydrocarbons - Google Patents
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Description
本発明は、銀及びアルカリ土類金属が導入された金属含有MFI型ゼオライト及びそれよりなる炭化水素製造用触媒に関するものであり、さらに詳細には、特定の平均粒子径、特定量の銀およびアルカリ土類金属を有することにより、脂肪族炭化水素から芳香族化合物を製造する際に、生産性・安定性・長寿命に優れた性能を発揮すると共に、C2~C3の軽質炭化水素化合物を高収率でバランスよく製造することを可能とする軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒である炭化水素製造用触媒に関するものである。 The present invention relates to a metal-containing MFI-type zeolite containing silver and alkaline earth metals and a catalyst for producing hydrocarbons comprising the same. More specifically, the present invention relates to a catalyst for producing hydrocarbons, which is a catalyst for simultaneously producing light hydrocarbon compounds and aromatic compounds, and which has a specific average particle size and specific amounts of silver and alkaline earth metals, and exhibits excellent performance in terms of productivity, stability, and long life when producing aromatic compounds from aliphatic hydrocarbons, while enabling the simultaneous production of light C2-C3 hydrocarbon compounds in a balanced manner with high yields.
MFI型ゼオライトは、ゼオライト構造由来の均一な細孔を利用した高選択性触媒として用いられている。MFI型ゼオライトを触媒として用いた例として、トルエンの不均化(例えば、特許文献1参照。)、キシレンの異性化(例えば、特許文献2参照。)などが挙げられる。 MFI zeolite is used as a highly selective catalyst that utilizes the uniform pores derived from the zeolite structure. Examples of using MFI zeolite as a catalyst include the disproportionation of toluene (see, for example, Patent Document 1) and the isomerization of xylene (see, for example, Patent Document 2).
これらの反応は主に、MFI型ゼオライトのミクロ細孔の特徴を利用したものである。MFI型ゼオライトのミクロ細孔は、入口径がおよそ0.5nmであり、この細孔径に近接した分子径を持つ分子の有効な反応場となると考えられる。 These reactions mainly take advantage of the characteristics of the micropores in MFI zeolite. The micropores in MFI zeolite have an entrance diameter of approximately 0.5 nm, and are thought to be an effective reaction site for molecules with molecular diameters close to this pore diameter.
さらに、ミクロ細孔(2nm未満)よりも大きな細孔、つまりメソ細孔(細孔径2~50nm)を有するMFI型ゼオライトの研究が行われている(例えば、非特許文献1参照。)。 Furthermore, research is being conducted on MFI-type zeolites that have pores larger than micropores (less than 2 nm), i.e., mesopores (pore diameter 2 to 50 nm) (see, for example, Non-Patent Document 1).
そして、工業利用に有望な材料として、10nm以上の均一なメソ細孔を有した、新規MFI型ゼオライト及びその製造方法(例えば特許文献3参照。)が提案されている。しかし、特に炭素数10以下の比較的小さな分子を原料とした反応において、メソ孔を有したゼオライトを触媒として用いることで、特異的な結果が得られたという報告は僅かである。 As a promising material for industrial use, a new MFI-type zeolite with uniform mesopores of 10 nm or more and its manufacturing method (see, for example, Patent Document 3) have been proposed. However, there have been only a few reports of specific results being obtained by using zeolites with mesopores as catalysts, especially in reactions using relatively small molecules with 10 or fewer carbon atoms as raw materials.
ベンゼン、トルエン、キシレン(以下、総称して芳香族化合物と表記する場合がある)は、多くの場合、石油精製により得られた原料油(例えば、ナフサなど)を、熱分解反応装置にて分解し、得られた熱分解生成物から芳香族化合物を蒸留または抽出によって分離精製することで得られる。これら製造法による芳香族化合物の製造では、芳香族化合物以外の熱分解生成物として、脂肪族炭化水素(パラフィン系、オレフィン系、アセチレン系、脂環系を含む。)が含まれる。そのため、芳香族化合物の製造に伴って、脂肪族炭化水素が同時に製造されるため、芳香族化合物の生産量は脂肪族炭化水素の生産量を見合って調整がなされ、おのずと生産量に限度があるものであった。また、脂肪族炭化水素原料を、中細孔径ゼオライトを主に含んだ触媒と約400℃~約800℃程度の温度で接触させることにより、芳香族化合物を製造することができる(例えば、非特許文献2~5参照。)。該製造法は、熱分解による芳香族化合物の製造法と比較して、付加価値が低く、余剰な炭化水素原料から芳香族化合物が製造できるといった利点がある。また、これらの芳香族化合物製造に用いられる触媒の開発も行われている。例えば、パラフィン、オレフィン、ナフテンを含有する炭化水素を原料とした芳香族化合物製造用触媒として、亜鉛飛散量の抑制された亜鉛担持中間細孔径ゼオライト系触媒を提供している(例えば、特許文献4参照。)。また、パラフィン、オレフィン、アセチレン系炭化水素、環状パラフィン及び環状オレフィンを原料として用いた芳香族化合物製造に用いられる触媒として、L型ゼオライトに白金及びハロゲン成分を同時に担持させてなる触媒を提供している(例えば、特許文献5参照。)。さらには、構造体の大きさが0.1~100mmであって、構造体表層部に結晶性多孔質アルミノシリケートが存在し、構造体表層部を除く内部の層に無機支持体が存在する構造体に亜鉛および/またはガリウムが担持したことを特徴とする芳香族化反応用触媒を提供している(例えば、特許文献6参照。)。その他、炭化水素を原料とした芳香族化合物製造用触媒が提供されている(例えば、特許文献7、8参照。)。また、近年、特定のMFI型ゼオライトを含む芳香族化合物製造触媒(例えば特許文献9参照。)、高い耐熱性および耐水熱性を有する銀含有ゼオライト(例えば特許文献10参照。)、等の提案がなされている。 Benzene, toluene, and xylene (hereinafter, collectively referred to as aromatic compounds) are often obtained by decomposing feedstock oil (e.g., naphtha, etc.) obtained by petroleum refining in a thermal cracking reactor, and separating and refining aromatic compounds from the obtained thermal cracking products by distillation or extraction. In the production of aromatic compounds by these production methods, aliphatic hydrocarbons (including paraffinic, olefinic, acetylene, and alicyclic) are included as thermal cracking products other than aromatic compounds. Therefore, since aliphatic hydrocarbons are simultaneously produced along with the production of aromatic compounds, the production amount of aromatic compounds is adjusted according to the production amount of aliphatic hydrocarbons, and the production amount is naturally limited. In addition, aromatic compounds can be produced by contacting aliphatic hydrocarbon feedstock with a catalyst mainly containing medium pore size zeolite at a temperature of about 400°C to about 800°C (see, for example, Non-Patent Documents 2 to 5). Compared with the production method of aromatic compounds by thermal cracking, this production method has the advantage of being low in added value and being able to produce aromatic compounds from surplus hydrocarbon feedstock. Catalysts for use in the production of these aromatic compounds have also been developed. For example, as a catalyst for producing aromatic compounds using hydrocarbons containing paraffins, olefins, and naphthenes as raw materials, a zinc-supported intermediate pore size zeolite catalyst with reduced zinc scattering has been provided (see, for example, Patent Document 4). In addition, as a catalyst for producing aromatic compounds using paraffins, olefins, acetylene-based hydrocarbons, cyclic paraffins, and cyclic olefins as raw materials, a catalyst in which platinum and a halogen component are simultaneously supported on L-type zeolite has been provided (see, for example, Patent Document 5). Furthermore, an aromatization reaction catalyst has been provided, which is characterized in that zinc and/or gallium are supported on a structure having a size of 0.1 to 100 mm, a crystalline porous aluminosilicate present on the surface layer of the structure, and an inorganic support present in the inner layer except for the surface layer of the structure (see, for example, Patent Document 6). In addition, catalysts for producing aromatic compounds using hydrocarbons as raw materials have been provided (see, for example, Patent Documents 7 and 8). In recent years, proposals have also been made regarding aromatic compound production catalysts containing specific MFI-type zeolites (see, for example, Patent Document 9), silver-containing zeolites with high heat resistance and hydrothermal resistance (see, for example, Patent Document 10), etc.
しかし、特許文献4~8により提供されたこれら触媒反応を用いた芳香族化合物の製造法においては、製造コストの観点から、触媒寿命(反応開始後の触媒が活性な状態から触媒が失活するまでの時間)に課題を有していた。また、特許文献9,10の提案においては芳香族化合物の製造という観点においては効果の見られるものではあったが、軽質炭化水素化合物の製造という観点からは何ら検討のされていないものであった。 However, in the methods for producing aromatic compounds using catalytic reactions provided in Patent Documents 4 to 8, there was an issue with the catalyst life (the time from when the catalyst is active after the start of the reaction until it becomes inactive) from the perspective of production costs. In addition, the proposals in Patent Documents 9 and 10 were effective in terms of producing aromatic compounds, but no consideration was given to the production of light hydrocarbon compounds.
本発明は、比較的小さな分子(特に炭素数が10以下、好ましくは4~6)である脂肪族炭化水素から軽質炭化水素化合物(炭素数2~3の炭化水素化合物)及び芳香族化合物を同時選択的に、かつ、長時間にわたって安定的に、バランスよく高収率で製造することが可能となる新規な触媒及びそれに用いることのできる金属含有MFI型ゼオライトを提供するものである。 The present invention provides a novel catalyst that enables the simultaneous, selective, and balanced production of light hydrocarbon compounds (hydrocarbon compounds having 2 to 3 carbon atoms) and aromatic compounds from aliphatic hydrocarbons, which are relatively small molecules (particularly those having 10 or less carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms), in high yields, over a long period of time, and a metal-containing MFI-type zeolite that can be used therewith.
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、銀及びアルカリ土類金属が導入された特定のMFI型ゼオライト、該ゼオライトが、選択的に、かつ、長時間にわたって安定的に、バランスよく高収率で脂肪族炭化水素から軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物を同時に製造することが可能となる触媒となりうることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research conducted by the inventors to solve the above problems, they discovered that a specific MFI-type zeolite into which silver and an alkaline earth metal have been introduced can serve as a catalyst that enables the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds from aliphatic hydrocarbons selectively, stably over a long period of time, and in a balanced and high yield, and thus completed the present invention.
即ち、本発明は、下記(i)~(v)に示す特性を満足することを特徴とする銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライト、それよりなる軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒に関するものである。
(i)平均粒子径(PD)がPD≦100nmである。
(ii)メソ細孔分布曲線がピークを有するものであり、該ピークの半値幅(hw)がhw≦20nm、該ピークの中心値(μ)が10nm≦μ≦20nmであり、該ピークに相当するメソ細孔のメソ細孔容積(pv)が0.05ml/g≦pvであるメソ細孔群を有する。
(iii)回折角を2θとした粉末X線回折測定において0.1~3度の範囲にピークを有さない。
(iv)銀の含有率が0.05~3wt%。
(v)アルカリ土類金属の含有率が0.05~5wt%。
That is, the present invention relates to a silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite which is characterized by satisfying the following characteristics (i) to (v), and a catalyst for simultaneously producing light hydrocarbon compounds and aromatic compounds comprising the same:
(i) The average particle diameter (PD) is PD≦100 nm.
(ii) The mesopore distribution curve has a peak, the half width (hw) of the peak is hw≦20 nm, the center value (μ) of the peak is 10 nm≦μ≦20 nm, and the mesopore volume (pv) of the mesopores corresponding to the peak is 0.05 ml/g≦pv.
(iii) In powder X-ray diffraction measurement at a diffraction angle of 2θ, there is no peak in the range of 0.1 to 3 degrees.
(iv) the silver content is 0.05 to 3 wt %;
(v) The alkaline earth metal content is 0.05 to 5 wt. %.
以下に、本発明について詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本発明の新規な銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、上記(i)~(v)に示す特性を満足するものであり、MFI型ゼオライトとしては、国際ゼオライト学会で定義される構造コードMFIに属するアルミノシリケート化合物を示すものである。 The novel silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention satisfies the above characteristics (i) to (v), and MFI zeolite refers to an aluminosilicate compound that belongs to the structure code MFI defined by the International Zeolite Society.
本発明の新規な銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、(i)PD≦100nmのものであり、特に熱安定性にも優れるゼオライトとなることから、5nm≦PD≦100nmであることが望ましい。ここで、PDが100nmを越えるものである場合、炭化水素の転化反応用の触媒とした場合、その反応効率に劣るものとなる。 The novel silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention has (i) a PD≦100 nm, and since it is a zeolite with particularly excellent thermal stability, it is desirable that the PD is 5 nm≦PD≦100 nm. Here, if the PD exceeds 100 nm, the reaction efficiency will be poor when used as a catalyst for hydrocarbon conversion reactions.
なお、本発明におけるPDは、その測定方法に制限はなく、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)の写真から任意の粒子を100個以上選んで、その平均直径を求める方法、ゼオライトの外表面積から以下の式(1)を用いて算出する方法、等の任意の方法を挙げることができる。
PD=6/S×(1/(2.29×106)+0.18×10-6) (1)
(ここで、Sは外表面積(m2/g)を示すものである。)
なお、式(1)における外表面積(S(m2/g))は、液体窒素温度における一般的な窒素吸着法を用い、t-plot法から求めることができる。例えば、tを吸着量の厚みとするときに、tについて0.6~1nmの範囲の測定点を直線近似し、得られた回帰直線の傾きからゼオライトの外表面積を求めるものである。
The method for measuring PD in the present invention is not limited, and any method can be used, such as a method in which 100 or more particles are arbitrarily selected from a photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) and the average diameter is calculated, or a method in which the average diameter is calculated from the external surface area of zeolite using the following formula (1).
PD=6/S×(1/(2.29×10 6 )+0.18×10 −6 ) (1)
(Here, S indicates the external surface area (m 2 /g).)
The external surface area (S (m 2 /g)) in formula (1) can be determined by a t-plot method using a general nitrogen adsorption method at liquid nitrogen temperature. For example, when t is the thickness of the adsorption amount, measurement points in the range of 0.6 to 1 nm for t are linearly approximated, and the external surface area of the zeolite is determined from the slope of the obtained regression line.
そして、中でも簡便な測定が可能であることから、SEM又はTEMによる方法が好ましい。 Among these, SEM or TEM methods are preferred because they allow for simple measurements.
本発明の新規な銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、(ii)メソ細孔分布曲線がピークを有するものであり、該ピークの半値幅(hw)がhw≦20nm、該ピークの中心値(μ)が10nm≦μ≦20nmであり、該ピークに相当するメソ細孔のメソ細孔容積(pv)が0.05ml/g≦pvであるメソ細孔群を有するものである。本発明でいうメソ細孔とは、IUPACで定義されたメソ細孔であり、細孔直径が2~50nmの範囲の細孔を示すものである。そして、メソ細孔は、液体窒素温度における一般的な窒素吸着法により測定することができる。また、窒素吸着法で得られた測定結果を解析することにより、メソ細孔の細孔容積の値を得ることができる。その解析には、例えば以下の方法を使用することができる。 The novel silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention (ii) has a mesopore distribution curve with a peak, the half-width (hw) of the peak is hw≦20 nm, the center value (μ) of the peak is 10 nm≦μ≦20 nm, and the mesopore volume (pv) of the mesopores corresponding to the peak is 0.05 ml/g≦pv. The mesopores referred to in the present invention are mesopores defined by IUPAC and indicate pores with a pore diameter in the range of 2 to 50 nm. The mesopores can be measured by a general nitrogen adsorption method at liquid nitrogen temperature. The pore volume of the mesopores can be obtained by analyzing the measurement results obtained by the nitrogen adsorption method. For example, the following method can be used for the analysis.
具体的には、Barret-Joyner-Halenda法(Journal of the American Chemical Society、1951年、頁373~380)で脱着過程を解析する方法を挙げることができ、例えば、細孔直径が2nm以上50nm以下に相当する範囲の窒素ガス脱着量を積算することにより、メソ細孔に属する細孔の全細孔容積の値を得ることができる。 Specific examples include a method for analyzing the desorption process using the Barret-Joyner-Halenda method (Journal of the American Chemical Society, 1951, pp. 373-380). For example, the total pore volume of mesopores can be obtained by integrating the amount of nitrogen gas desorbed in the range of pore diameters from 2 nm to 50 nm.
また、最初に、縦軸が単位質量当りの窒素脱着量V/m(mL/g)、横軸がメソ細孔直径D(nm)とする累積曲線を得てから、縦軸をメソ細孔からの窒素ガス脱着量のメソ細孔直径値での微分値(d(V/m)/d(D))とすることにより、メソ細孔直径における単位質量当りの窒素脱着量の増加分のピークを得ることができる。 In addition, by first obtaining a cumulative curve with the nitrogen desorption amount per unit mass V/m (mL/g) on the vertical axis and the mesopore diameter D (nm) on the horizontal axis, and then taking the differential value (d(V/m)/d(D)) of the amount of nitrogen gas desorbed from the mesopores with respect to the mesopore diameter value on the vertical axis, it is possible to obtain the peak of the increase in the amount of nitrogen desorption per unit mass at the mesopore diameter.
本発明の新規な銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、細孔直径がほぼ均一なメソ細孔群を有するMFI型ゼオライトを含んでなるものであり、本発明においては、細孔直径がほぼ均一であるメソ細孔群を均一メソ細孔と称する場合もある。そして、具体的には、均一メソ細孔とは、細孔分布曲線におけるメソ細孔に係るピークの内、最大のピークをガウス関数で近似し、そのガウス関数の中心値(μ)から標準偏差の2倍(2σ)の範囲(μ±2σ)内の細孔直径を有するメソ細孔をいう。また、均一メソ細孔の細孔容積は、μ±2σの範囲の窒素ガス脱着量を積算することにより求めることができる。 The novel silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention comprises an MFI zeolite having a group of mesopores with a nearly uniform pore diameter, and in the present invention, a group of mesopores with a nearly uniform pore diameter may be referred to as a uniform mesopore. Specifically, the uniform mesopore refers to a mesopore having a pore diameter within a range (μ±2σ) of twice the standard deviation (2σ) from the center value (μ) of the Gaussian function, which is obtained by approximating the maximum peak among the peaks related to mesopores in the pore distribution curve with a Gaussian function. The pore volume of the uniform mesopores can be calculated by integrating the amount of nitrogen gas desorbed within the range of μ±2σ.
そして、本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、ほぼ均一なメソ細孔群を有するMFI型ゼオライトの中でも、(ii)メソ細孔分布曲線がピークを有するものであり、該ピークの半値幅(hw)がhw≦20nm、該ピークの中心値(μ)が10nm≦μ≦20nmであり、該ピークに相当するメソ細孔のメソ細孔容積(pv)がpv≧0.05ml/gである、より均一なメソ細孔群を有するMFI型ゼオライトを含んでなるものである。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention is, among MFI zeolites having a nearly uniform group of mesopores, (ii) an MFI zeolite having a more uniform group of mesopores, in which the mesopore distribution curve has a peak, the half-width (hw) of the peak is hw≦20 nm, the center value (μ) of the peak is 10 nm≦μ≦20 nm, and the mesopore volume (pv) of the mesopores corresponding to the peak is pv≧0.05 ml/g.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、メソ細孔の細孔分布曲線がピークを有し、該ピークがhw≦20nm以下のMFI型ゼオライトという細孔直径の大きさのバラつきの小さなほぼ均一なメソ細孔群を有するMFI型ゼオライトを含んでなることにより、反応選択性に優れるものとなり、その効果はhw≦15nm、特にhw≦10nmであることにより、より顕著な好ましいものとなる。そして、hwの下限としては特に限定するものではないが、より反応選択性に優れるものとなることから1nm以上のものであることが好ましい。なお、hw>20nmである場合、炭化水素化合物製造用触媒として使用した際のその反応選択性に劣るものとなる。また、該ピークをガウス関数近似した際の中心値(μ)が10nm≦μ≦20nmのMFI型ゼオライトを含むことにより、より大きいサイズの分子をも選択的に反応することが可能となり、優れた炭化水素化合物製造用触媒となるものである。さらに、pv≧0.05ml/gであることにより、触媒とした際に長寿命の炭化水素化合物製造用触媒となるものであり、0.05ml/g≦pv≦0.70ml/gであることが好ましく、特に0.10ml/g≦pv≦0.70ml/gであることが好ましく、更に0.20ml/g≦pv≦0.50ml/gであることが好ましい。ここで、pv<0.05ml/gである場合、反応時に副生するコーク等の蓄積により細孔が閉塞しやすいものとなり触媒とした際の触媒寿命に劣るものとなる。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention has a peak in the mesopore distribution curve, and the peak is an MFI zeolite having a group of almost uniform mesopores with small variation in the pore diameter size, which is hw≦20 nm or less, and therefore has excellent reaction selectivity. This effect is more pronounced and preferable when hw≦15 nm, especially hw≦10 nm. The lower limit of hw is not particularly limited, but it is preferable that it is 1 nm or more because it will have better reaction selectivity. Note that if hw>20 nm, the reaction selectivity will be poor when used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds. In addition, by including an MFI zeolite with a center value (μ) of 10 nm≦μ≦20 nm when the peak is approximated by a Gaussian function, it becomes possible to selectively react even with molecules of larger sizes, and it becomes an excellent catalyst for producing hydrocarbon compounds. Furthermore, by satisfying pv≧0.05 ml/g, the catalyst used will have a long life for producing hydrocarbon compounds, and it is preferable that 0.05 ml/g≦pv≦0.70 ml/g, particularly preferably 0.10 ml/g≦pv≦0.70 ml/g, and even more preferably 0.20 ml/g≦pv≦0.50 ml/g. Here, if pv<0.05 ml/g, the pores will be easily clogged due to the accumulation of coke and other by-products produced during the reaction, resulting in a poor catalyst life when used as a catalyst.
また、特に選択的な反応を可能とする炭化水素化合物製造用触媒として適したものとなることから、本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、上記(ii)に示されるpvの全細孔容積に占める割合(pvr)が、30%≦pvr≦100%であることが好ましく、更に40%≦pvr≦100%であることが好ましい。 In addition, since the silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention is particularly suitable as a catalyst for producing hydrocarbon compounds that enables selective reactions, the ratio of pv to the total pore volume (pvr) shown in (ii) above is preferably 30%≦pvr≦100%, and more preferably 40%≦pvr≦100%.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、(iii)回折角を2θとした粉末X線回折測定において0.1~3度の範囲にピークを有さないものである。このことは、メソ細孔間の配置には規則性がないこと、メソ細孔間を区切る壁も存在しないことを示すものであり、触媒とした際にはメソ細孔間の物質移動が容易になることから反応効率に優れる炭化水素化合物製造用触媒となるものである。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention (iii) has no peaks in the range of 0.1 to 3 degrees in powder X-ray diffraction measurement with a diffraction angle of 2θ. This indicates that there is no regularity in the arrangement of mesopores and that there are no walls separating the mesopores. When used as a catalyst, this facilitates material transfer between the mesopores, making it a catalyst for producing hydrocarbon compounds with excellent reaction efficiency.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有ゼオライトは、(iv)銀の含有率が0.05~3wt%であり、特定の範囲内の銀含有率を有することで炭化水素化合物製造用触媒とした際に特に優れた触媒性能を示すものとなる。ここで、銀の含有量が0.05w%未満である場合、銀による酸点の保護効果が得られなくなり、炭化水素化合物製造用触媒とした際の生産効率、選択性の触媒性能に劣るものとなる。一方、3w%を越える場合、銀の凝集化が進行し、銀凝集粒子表面における副反応、コーキングが生じやすく、触媒性能が悪化したものとなる。 The silver-alkaline earth metal-containing zeolite of the present invention (iv) has a silver content of 0.05 to 3 wt %, and by having a silver content within a specific range, it exhibits particularly excellent catalytic performance when used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds. Here, if the silver content is less than 0.05 wt %, the acid site protection effect of silver cannot be obtained, and the catalytic performance of production efficiency and selectivity when used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds is inferior. On the other hand, if it exceeds 3 wt %, the aggregation of silver progresses, side reactions and caulking are likely to occur on the surface of the silver aggregate particles, and the catalytic performance is deteriorated.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有ゼオライトは、(v)アルカリ土類金属の含有率が0.05~5wt%であり、特定の範囲内のアルカリ土類金属を含有することにより、脂肪族炭化水素から軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物を同時選択的に、かつ、長時間にわたって安定的に製造することが可能となる軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒として有用なものとなる。そして、アルカリ土類金属としては、例えばカルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等を挙げることができ、特に炭化水素化合物製造用触媒として優れた特性を発現することからカルシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。ここで、アルカリ土類金属の含有量が0.05wt%未満である場合、軽質炭化水素化合物の選択性に劣るものとなる。また5wt%を越える場合、同時製造用触媒としての安定性に劣るものとなる。 The silver-alkaline earth metal-containing zeolite of the present invention has an alkaline earth metal content of 0.05 to 5 wt %, and by containing an alkaline earth metal within a specific range, it is useful as a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds, which enables the simultaneous, selective and stable production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds from aliphatic hydrocarbons over a long period of time. Examples of alkaline earth metals include calcium, strontium, barium, and radium, and one or more selected from the group consisting of calcium, strontium, and barium are preferable because they exhibit excellent properties as a catalyst for the production of hydrocarbon compounds. Here, if the alkaline earth metal content is less than 0.05 wt %, the selectivity for light hydrocarbon compounds will be poor. Also, if it exceeds 5 wt %, the stability as a catalyst for the simultaneous production will be poor.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、そのSiO2/Al2O3(モル比)は制限されるものではなく、その中でも耐熱性、反応選択性、生産性に優れる炭化水素化合物製造用触媒となることから、SiO2/Al2O3(モル比)が20以上200以下であることが好ましい。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention is not limited in terms of its SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio), and it is preferable that the SiO 2 /Al 2 O 3 (molar ratio) be 20 or more and 200 or less, since this zeolite serves as a catalyst for producing hydrocarbon compounds that is excellent in heat resistance, reaction selectivity, and productivity.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトとしては、反応選択性、生産性に優れる炭化水素化合物製造用触媒となることから、細孔内にテトラプロピルアンモニウム塩の様な構造指向剤を含まないものであることが好ましい。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI type zeolite of the present invention is preferably one that does not contain a structure directing agent such as tetrapropylammonium salt within the pores, since it serves as a catalyst for producing hydrocarbon compounds with excellent reaction selectivity and productivity.
また、上記(i)~(iii)の特性を満足する原料であるMFI型ゼオライトの製造方法としては、例えば以下の方法を挙げることができる。 The following method can be mentioned as an example of a method for producing MFI zeolite, a raw material that satisfies the above characteristics (i) to (iii).
テトラプロピルアンモニウム(以降、「TPA」とする場合もある。)水酸化物と水酸化ナトリウムの水溶液に不定形アルミノシリケートゲルを添加して懸濁させ、得られた懸濁液にMFI型ゼオライトを種晶として加え原料組成物とし、得られた原料組成物を結晶化させ、焼成することによりMFI型ゼオライトを得ることができる。 Amorphous aluminosilicate gel is added to an aqueous solution of tetrapropylammonium (hereinafter sometimes referred to as "TPA") hydroxide and sodium hydroxide to form a suspension, MFI type zeolite is added to the resulting suspension as seed crystals to form a raw material composition, and the resulting raw material composition is crystallized and fired to obtain MFI type zeolite.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、さらに(vi)外表面酸量が0.01mmol/g以下である、ことが好ましく、特に0.0001~0.01mmol/gであることが好ましい。ここで、ゼオライトの外表面酸点とは、その言葉の意味する通り、ゼオライトの外表面に存在する酸点を示すものである。通常、ゼオライトは、その外表面及び(ミクロ)細孔内に酸点を有するものであり、外表面に酸点を有さないとは、(ミクロ)細孔内のみに酸点を有するものと言えるものである。そして、特に耐熱性、耐熱水性、耐久性に優れるものとなることから、表面をシリケート、ジアルキルアミン試薬等により被覆されていない未修飾表面を有する銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトであることが好ましい。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI type zeolite of the present invention further preferably has (vi) an outer surface acid amount of 0.01 mmol/g or less, and particularly preferably 0.0001 to 0.01 mmol/g. Here, the outer surface acid site of a zeolite, as the term implies, indicates an acid site present on the outer surface of the zeolite. Normally, a zeolite has acid sites on its outer surface and in its (micro)pores, and not having acid sites on the outer surface means that the acid sites are present only in the (micro)pores. And, since it has excellent heat resistance, hot water resistance, and durability, it is preferable that the silver-alkaline earth metal-containing MFI type zeolite has an unmodified surface that is not coated with silicate, dialkylamine reagent, or the like.
そして、ゼオライトの外表面の酸点の確認としては、その確認を行うことが可能であれば如何なる方法をも用いることが可能であり、例えば酸点に対する吸着性を有する2,4-ジメチルキノリンの吸着により確認することが可能である(Characterization of acid sites on the external surface of zeolites,Reaction Kinetics and Catalysis Letters,vol.67,p.281(1999)参照。)。 The acid sites on the external surface of zeolites can be confirmed by any method that allows such confirmation. For example, they can be confirmed by adsorption of 2,4-dimethylquinoline, which has an adsorption property for acid sites (see Characterization of acid sites on the external surface of zeolites, Reaction Kinetics and Catalysis Letters, vol. 67, p. 281 (1999)).
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、(vii)酸量が0.05~0.85mmol/gである、ことが好ましく、特に0.05~0.55mmol/gのものが好ましい。酸量の測定としては、一般的に酸量の測定方法として知られている方法を用い測定することが可能であり、例えばアンモニア-TPD法(アンモニア昇温脱離法による固体酸性質測定,触媒,vol.42,p.218(2000)参照。)に準じた方法により測定することができる。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention preferably has an acid amount (vii) of 0.05 to 0.85 mmol/g, and more preferably 0.05 to 0.55 mmol/g. The acid amount can be measured using a method generally known as a method for measuring acid amount, for example, a method based on the ammonia-TPD method (see Measurement of solid acidity by ammonia temperature-programmed desorption method, Catalysts, vol. 42, p. 218 (2000)).
このような(vi)~(vii)のいずれかを満足するMFI型ゼオライトの製造方法としては、例えば上記(i)~(iii)の特性を満足する原料であるMFI型ゼオライトの骨格中のアルミニウムをスチーム等によって脱アルミニウム化することにより製造することが可能である。その際のスチーム処理の温度は、例えば400~900℃であることが好ましく、特に450~800℃、更に500~700℃であることが好ましい。また、スチームの分圧としては、0.001~5MPaであることが好ましく、特に0.01~0.5MPa、更に0.05~0.2MPaであることが好ましい。スチームの濃度としては、例えば0.01~100vol%水蒸気/希釈ガスであることが好ましい。希釈ガスは、窒素等の不活性ガス、空気、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、またはその混合ガス等を用いることができる。スチーム処理時間については任意に選択可能である。 As a method for producing MFI zeolite satisfying any one of (vi) to (vii), it is possible to produce it by, for example, dealumination of the aluminum in the framework of MFI zeolite, which is a raw material satisfying the above characteristics (i) to (iii), using steam or the like. The temperature of the steam treatment is, for example, preferably 400 to 900°C, particularly preferably 450 to 800°C, and more preferably 500 to 700°C. The partial pressure of the steam is preferably 0.001 to 5 MPa, particularly preferably 0.01 to 0.5 MPa, and more preferably 0.05 to 0.2 MPa. The concentration of the steam is preferably, for example, 0.01 to 100 vol% water steam/dilution gas. The dilution gas may be an inert gas such as nitrogen, air, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, or a mixture thereof. The steam treatment time can be selected arbitrarily.
そして、本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物とを製造する際のバランスに特に優れる同時製造用触媒となることから、銀とアルカリ土類金属の含有割合が、(viii)銀/アルカリ土類金属(重量比)=100/100~500/100の範囲であることが好ましい。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention is a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds that is particularly well-balanced when producing these compounds, so it is preferable that the silver to alkaline earth metal content is (viii) silver/alkaline earth metal (weight ratio) in the range of 100/100 to 500/100.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトの製造方法としては、例えばMFI型ゼオライトに含浸担持、イオン交換、物理混合等の方法により、銀およびアルカリ土類金属を含有することにより製造することができる。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention can be produced by, for example, adding silver and alkaline earth metal to MFI zeolite by methods such as impregnation, ion exchange, and physical mixing.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトを炭化水素化合物製造用触媒として用いる際の形態としては、制限されるものではなく、例えば該銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライト粉末をそのまま触媒として用いること、圧縮成形を行い特定の形状物として用いること、バインダー等と混合し成形を行い特定の形状物として用いること、等のいずれの形態として用いることも可能である。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite of the present invention may be used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds in any form, and may be used in any form, such as by using the silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite powder as it is as a catalyst, by compressing and molding it into a specific shape, or by mixing it with a binder or the like and molding it into a specific shape.
本発明の銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトを炭化水素化合物製造用触媒とすることにより、反応選択性、生産性等の効率に優れる触媒となるものであり、例えば脂肪族炭化水素、特に炭素数10以下の脂肪族炭化水素、さらには炭素数4~6の脂肪族炭化水素と接触することにより、効率及びバランスよく軽質炭化水素化合物と芳香族化合物とを同時に製造することを可能とするものである。その際の脂肪族炭化水素とは、例えばパラフィン系、オレフィン系、アセチレン系、脂環系の炭化水素を包含するものを挙げることができ、具体的にはブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン等のパラフィン系;ブテン、イソブテン、ペンテン、ヘキセン等のオレフィン系;シクロヘキサン等の脂環系及びそれらの混合物等を挙げることができる。 By using the silver-alkaline earth metal-containing MFI type zeolite of the present invention as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, it becomes a catalyst with excellent efficiency in terms of reaction selectivity, productivity, etc., and by contacting it with, for example, aliphatic hydrocarbons, particularly aliphatic hydrocarbons having 10 or less carbon atoms, and further aliphatic hydrocarbons having 4 to 6 carbon atoms, it becomes possible to efficiently and balancedly produce light hydrocarbon compounds and aromatic compounds simultaneously. In this case, the aliphatic hydrocarbons include, for example, paraffinic, olefinic, acetylene, and alicyclic hydrocarbons, and specific examples thereof include paraffinic, such as butane, isobutane, pentane, and hexane; olefinic, such as butene, isobutene, pentene, and hexene; alicyclic, such as cyclohexane, and mixtures thereof.
そして、その際の実施形態である反応において、反応温度は特に限定されるものではなく、軽質炭化水素化合物、芳香族化合物等の炭化水素化合物の製造が可能であればよく、中でも、副生するパラフィン、オレフィン又はアルカンの生成を抑制し、必要以上の耐熱反応装置を要しない軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の効率的な反応となることから400~800℃の範囲が望ましい。また、反応圧力にも制限はなく、例えば0.05MPa~5MPa程度の圧力範囲で運転が可能である。そして、その際の軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒に対する反応原料である脂肪族炭化水素の供給は、触媒体積に対し原料ガスの体積の比として特に制限されるものではなく、例えば1h-1~50000h-1程度の空間速度を挙げることができる。脂肪族炭化水素を原料ガスとして供給する際には、単一ガス、混合ガス、およびこれらを窒素等の不活性ガス、水素、一酸化炭素、二酸化炭素から選ばれる単一または混合ガスにより希釈したものとして用いることもできる。 In the reaction of the embodiment, the reaction temperature is not particularly limited, and may be any temperature that allows the production of hydrocarbon compounds such as light hydrocarbon compounds and aromatic compounds. In particular, the reaction temperature is preferably in the range of 400 to 800°C, since it suppresses the production of by-product paraffins, olefins, or alkanes and provides an efficient reaction between light hydrocarbon compounds and aromatic compounds without requiring a heat-resistant reaction apparatus more than necessary. There is also no restriction on the reaction pressure, and operation is possible within a pressure range of, for example, about 0.05 MPa to 5 MPa. The supply of aliphatic hydrocarbons, which are reaction raw materials, to the catalyst for simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds at that time is not particularly limited as the ratio of the volume of the raw material gas to the volume of the catalyst, and can be, for example, a space velocity of about 1h -1 to 50,000h -1 . When the aliphatic hydrocarbons are supplied as raw material gas, they can be used as single gases, mixed gases, and those diluted with a single or mixed gas selected from an inert gas such as nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide.
その反応形式として制限はなく、例えば固定床、輸送床、流動床、移動床、多管式反応器のみならず連続流式および間欠流式並びにスイング式反応器、等を用いることができる。 There are no limitations on the reaction type, and for example, fixed bed, transport bed, fluidized bed, moving bed, multi-tubular reactor, as well as continuous flow, intermittent flow and swing reactors, etc. can be used.
また、製造される軽質炭化水素化合物としては、C2~C3の炭化水素化合物であるエタン、エチレン、プロパン、プロピレン等を挙げることができ、特にエチレンであることが好ましい。また、芳香族化合物としては、芳香族化合物と称される範疇に属するものであれば特に制限はなく、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン、ナフタレン、メチルナフタレン等を挙げることができ、特に、ベンゼン、トルエン、キシレンであることが好ましい。そして、特に軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の製造バランスに優れた炭化水素化合物の製造方法となることから、C2~C3の炭化水素化合物/芳香族化合物(重量比)=80/100~180/100で製造することが好ましい。 The light hydrocarbon compounds produced include C2-C3 hydrocarbon compounds such as ethane, ethylene, propane, and propylene, with ethylene being particularly preferred. The aromatic compounds are not particularly limited as long as they fall into the category of aromatic compounds, and examples include benzene, toluene, xylene, trimethylbenzene, ethylbenzene, propylbenzene, butylbenzene, naphthalene, and methylnaphthalene, with benzene, toluene, and xylene being particularly preferred. Since this method provides a hydrocarbon compound production method with an excellent balance between the production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds, it is preferable to produce C2-C3 hydrocarbon compounds/aromatic compounds (weight ratio) of 80/100 to 180/100.
本発明は、新規な銀-アルカリ土類金属を含む特定のMFI型ゼオライトに関するものであり、特に脂肪族炭化水素から軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物を同時製造する際に、特異的に高収率でバランスよく、かつ長い触媒寿命を得ることができる炭化水素化合物製造用触媒とすることも可能なものであり、工業的にも非常に有用なものである。 The present invention relates to a specific MFI-type zeolite containing a new silver-alkaline earth metal, which can be used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds that can provide a specifically high yield, good balance, and a long catalyst life, particularly when simultaneously producing light hydrocarbon compounds and aromatic compounds from aliphatic hydrocarbons, and is therefore extremely useful industrially.
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。 The present invention will be explained in detail below with reference to examples.
なお、実施例により用いたMFI型ゼオライト、軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒としての性能は、以下の方法により測定・定義した。 The performance of the MFI zeolite used in the examples as a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was measured and defined by the following method.
~細孔分布、細孔直径、及び外表面積の測定~
MFI型ゼオライトの細孔分布、及び、細孔直径は窒素吸着測定により測定した。
- Measurement of pore distribution, pore diameter, and external surface area -
The pore distribution and pore diameter of the MFI zeolite were measured by nitrogen adsorption measurement.
その際の窒素吸着測定としては、窒素吸着装置((商品名)OMNISORP360CX,BeckmanCoulter社製)を用い、吸脱着とも30torr/stepの条件で測定した。外表面積は、t-plot法により、吸着層の厚み(t=0.6~1.0nm)の範囲を直線近似して求めた。 The nitrogen adsorption measurements were performed using a nitrogen adsorption device (OMNISORP360CX, manufactured by Beckman Coulter) at 30 torr/step for both adsorption and desorption. The external surface area was calculated by linear approximation of the thickness of the adsorption layer (t = 0.6 to 1.0 nm) using the t-plot method.
そして、窒素吸着測定の脱着過程をBarret-Joyner-Halenda法(Journal of the American Chemical Society、1951年、頁373~380)にて解析し、横軸が細孔直径の常数、縦軸が窒素ガスの脱着量の微分値であるメソ細孔の細孔分布曲線を得た。メソ細孔の全細孔容積は、2nm以上50nm以下の範囲の窒素ガス脱着量を積算することにより求めた。 The desorption process of the nitrogen adsorption measurement was analyzed using the Barret-Joyner-Halenda method (Journal of the American Chemical Society, 1951, pp. 373-380), and a mesopore distribution curve was obtained in which the horizontal axis represents the pore diameter constant and the vertical axis represents the differential value of the amount of desorbed nitrogen gas. The total pore volume of the mesopores was calculated by integrating the amount of desorbed nitrogen gas in the range of 2 nm to 50 nm.
そして、メソ細孔からの窒素ガス脱着量のメソ細孔直径値での微分値(d(V/m)/d(D))のピークの内、最大のピークをガウス関数の強度近似で解析し、そのガウス関数の中心値(μ)から標準偏差の2倍(2σ)の範囲(=μ±2σ)内の直径を有するメソ細孔を均一メソ細孔と定義した。均一メソ細孔の細孔容積は、中心値(μ)を基準として±2σの範囲の窒素ガス脱着量を積算して求めた。 The maximum peak of the differential value (d(V/m)/d(D)) of the amount of nitrogen gas desorbed from the mesopores with respect to the mesopore diameter value was analyzed using the intensity approximation of a Gaussian function, and mesopores with diameters within a range of twice the standard deviation (2σ) (=μ±2σ) from the center value (μ) of the Gaussian function were defined as uniform mesopores. The pore volume of uniform mesopores was calculated by integrating the amount of nitrogen gas desorbed within a range of ±2σ based on the center value (μ).
~平均粒子径の測定~
外表面積から前記の式(1)を用いて平均粒子径を算出した。式(1)中、Sは外表面積(m2/g)であり、PDは平均粒子径(m)である。式(1)における外表面積(S(m2/g))は、液体窒素温度における窒素吸着法によりt-plot法から求めた。
~Measurement of average particle size~
The average particle diameter was calculated from the external surface area using the above formula (1). In formula (1), S is the external surface area (m 2 /g) and PD is the average particle diameter (m). The external surface area (S (m 2 /g)) in formula (1) was determined by the t-plot method using a nitrogen adsorption method at liquid nitrogen temperature.
~銀およびアルカリ土類金属導入量の測定~
ゼオライトの銀およびアルカリ土類金属の導入量は、MFI型ゼオライトをフッ酸と硝酸の混合水溶液で溶解し、これを一般的なICP装置((商品名)OPTIMA3300DV,PerkinElmer社製)による誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)で測定し、求めた。
- Measurement of silver and alkaline earth metal introduction amount -
The amount of silver and alkaline earth metal introduced into the zeolite was determined by dissolving the MFI zeolite in a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and measuring the resultant solution by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) using a general ICP apparatus (product name: OPTIMA3300DV, manufactured by PerkinElmer).
~粉末X線回折の測定~
X線回折測定装置(スペクトリス社製、(商品名)X’pert PRO MPD)を用い、管電圧45kV、管電流40mAとしてCuKα1を用いて、大気中において測定した。0.04~5度の範囲を0.08度/ステップ、200秒/ステップで分析した。また、ダイレクトビームの吸収率で補正したバックグラウンドを除去している。ピークの有無の確認は目視で判断した。
~ Powder X-ray diffraction measurement ~
Measurements were performed in air using an X-ray diffraction measurement device (Spectris Corporation, product name: X'pert PRO MPD) with a tube voltage of 45 kV, a tube current of 40 mA, and CuKα1. The range of 0.04 to 5 degrees was analyzed at 0.08 degree/step and 200 seconds/step. In addition, the background corrected for the absorption rate of the direct beam was removed. The presence or absence of peaks was confirmed by visual inspection.
~外表面酸量の測定~
外表面酸量の測定は、2,4-ジメチルキノリン吸着赤外吸収分光測定により行った。FT-IR測定装置((商品名)FT/IR-6700,日本分光株式会社製)を用いて、透過法により測定を行った。MCT検出器を使用し、積算回数256回にてスペクトルを得た。試料は直径13mmのディスクに成形した後、石英製真空脱気セル内のディスクホルダーに設置することで、赤外光路上に垂直に設置した。試料の前処理として、真空排気下、10℃/分で400℃まで昇温し、2時間保持した。150℃に冷却後、2,4-ジメチルキノリン吸着前の赤外吸収スペクトルを測定した。2,4-ジメチルキノリンガスを導入し、30分間吸着させ、150℃で1時間真空排気した後、2,4-ジメチルキノリン吸着後の赤外吸収スペクトルを測定した。2,4-ジメチルキノリン吸着後の赤外吸収スペクトルと吸着前のスペクトルの差をとり、吸着による赤外吸収の変化を測定した。この差スペクトルのうち3600cm-1付近のピークが外表面酸点(ブレンステッド酸点)に吸着した2,4-ジメチルキノリンの吸収スペクトルのピークであり、この面積強度を求めた後、ランベルト-ベア(Lamber-berr)の法則により下記の式(2)より外表面酸量を求めた。
酸量(μmol/mg)=A・S/(W・ε) (2)
(ここで、A;対象のピークのピーク面積強度(cm-1)、S;サンプル断面積(cm2)、W;サンプル重量(mg)、ε;積分吸光係数であり、3.7cm・μmol-1、のそれぞれを示す。)
~酸量の測定~
酸量の測定は、ピリジン吸着赤外吸収分光測定により行った。上記の2,4-ジメチルキノリン吸着赤外吸収分光測定において、ピリジンガスを導入し、10分間吸着させた点のみを変更し、同一の装置、同一の手法で測定した。
- Measuring the amount of outer surface acid -
The amount of external surface acid was measured by 2,4-dimethylquinoline adsorption infrared absorption spectroscopy. The measurement was performed by a transmission method using an FT-IR measurement device ((trade name) FT/IR-6700, manufactured by JASCO Corporation). The spectrum was obtained by 256 integration times using an MCT detector. The sample was molded into a disk with a diameter of 13 mm, and then placed in a disk holder in a quartz vacuum degassing cell, so that it was placed vertically on the infrared light path. As a pretreatment of the sample, the temperature was raised to 400°C at 10°C/min under vacuum evacuation and held for 2 hours. After cooling to 150°C, the infrared absorption spectrum before 2,4-dimethylquinoline adsorption was measured. 2,4-dimethylquinoline gas was introduced and adsorbed for 30 minutes, and after evacuation at 150°C for 1 hour, the infrared absorption spectrum after 2,4-dimethylquinoline adsorption was measured. The difference between the infrared absorption spectrum after 2,4-dimethylquinoline adsorption and the spectrum before adsorption was taken to measure the change in infrared absorption due to adsorption. In this difference spectrum, the peak near 3600 cm -1 is the absorption spectrum peak of 2,4-dimethylquinoline adsorbed on the outer surface acid site (Bronsted acid site). After calculating the integrated intensity, the amount of outer surface acid was calculated from the following formula (2) according to the Lambert-Beerr law.
Acid amount (μmol/mg) = A・S/(W・ε) (2)
(Here, A is the peak area intensity (cm −1 ) of the peak of interest, S is the sample cross-sectional area (cm 2 ), W is the sample weight (mg), and ε is the integrated extinction coefficient, 3.7 cm·μmol −1 .)
~Acid amount measurement~
The amount of acid was measured by pyridine adsorption infrared absorption spectroscopy. The same apparatus and method were used as in the above 2,4-dimethylquinoline adsorption infrared absorption spectroscopy, except that pyridine gas was introduced and adsorbed for 10 minutes.
ただし、差スペクトルにおける1545cm-1付近のピークをブレンステッド酸点に吸着したピリジンの吸収スペクトルのピークとして用い、積分吸光係数を1.67cm・μmol-1をして、上記の式(2)より酸量を求めた。 The peak near 1545 cm −1 in the difference spectrum was used as the peak of the absorption spectrum of pyridine adsorbed to the Bronsted acid site, and the amount of acid was calculated from the above formula (2) using an integrated absorption coefficient of 1.67 cm·μmol −1 .
~炭化水素化合物製造装置及びその製造方法~
実施例により得られたMFI型ゼオライト、それを含む軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒は、以下の方法により軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の製造を行い、その評価を行った。
- Hydrocarbon compound production equipment and its manufacturing method -
The MFI zeolite obtained in the examples and the catalyst for simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds containing the same were used to produce light hydrocarbon compounds and aromatic compounds by the following methods, and the products were evaluated.
ステンレス製反応管(内径16mm、長さ900mm)を用いた固定床気相流通式反応装置を用いた。ステンレス製反応管のそれぞれの中段に、炭化水素化合物製造用触媒を充填し、乾燥空気流通下での加熱前処理を行ったのち、原料ガスをフィードした。なお、反応器の装置条件および運転条件は、本実施例記載の条件に限定されるものではなく、適宜選択可能である。そして、加熱はセラミック製管状炉を用い、触媒層の温度を制御した。反応出口ガスおよび反応液を採取し、ガスクロマトグラフを用い、ガス成分および液成分を個別に分析した。ガス成分は、TCD検出器を備えたガスクロマトグラフ(島津製作所製、(商品名)GC-1700)を用いて分析した。充填剤は、Waters社製PorapakQ(商品名)またはGLサイエンス社製MS-5A(商品名)を用いた。液成分は、FID検出器を備えたガスクロマトグラフ(島津製作所製、(商品名)GC-2015)を用いて分析した。分離カラムは、キャピラリーカラム(GLサイエンス社製、(商品名)TC-1)を用いた。 A fixed-bed gas-phase flow reactor using stainless steel reaction tubes (inner diameter 16 mm, length 900 mm) was used. A catalyst for producing hydrocarbon compounds was packed in the middle of each stainless steel reaction tube, and after heating pretreatment under dry air flow, the raw material gas was fed. The reactor equipment conditions and operating conditions are not limited to those described in this example, and can be selected as appropriate. A ceramic tubular furnace was used for heating, and the temperature of the catalyst layer was controlled. The reaction outlet gas and reaction liquid were collected, and the gas and liquid components were analyzed individually using a gas chromatograph. The gas components were analyzed using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, (product name) GC-1700) equipped with a TCD detector. The packing material used was Waters' PorapakQ (product name) or GL Science's MS-5A (product name). The liquid components were analyzed using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, (product name) GC-2015) equipped with an FID detector. The separation column used was a capillary column (GL Sciences, product name: TC-1).
反応条件は下記のように設定した。 The reaction conditions were set as follows:
(製造条件)
触媒温度:585℃。
流通ガス:1-ブテン125ml/分、2-ブテン75ml/分、イソブテン225ml/分、ノルマルブタン50ml/分、イソブタン25ml/分の混合ガス。
触媒重量:70.0g。
反応圧力:0.1MPa。
(Manufacturing conditions)
Catalyst temperature: 585°C.
Flowing gas: a mixed gas of 1-butene 125 ml/min, 2-butene 75 ml/min, isobutene 225 ml/min, normal butane 50 ml/min, and isobutane 25 ml/min.
Catalyst weight: 70.0g.
Reaction pressure: 0.1 MPa.
調製例1
MFI型ゼオライトの製造は、特開2013-227203公報を参考にその製造を行った。
Preparation Example 1
The MFI zeolite was produced with reference to JP 2013-227203 A.
テトラプロピルアンモニウム(以降、TPAと略記する場合がある。)水酸化物と水酸化ナトリウムの水溶液に不定形アルミノシリケートゲルを添加して懸濁させた。得られた懸濁液にMFI型ゼオライトを種晶として加え原料組成物とした。その際の種晶の添加量は、原料組成物中のAl2O3とSiO2の重量に対して、0.7重量%とした。また、副生したエタノールは蒸発させて除いた。 Amorphous aluminosilicate gel was added to an aqueous solution of tetrapropylammonium (hereinafter sometimes abbreviated as TPA) hydroxide and sodium hydroxide and suspended. MFI type zeolite was added as seed crystals to the resulting suspension to prepare a raw material composition. The amount of seed crystals added was 0.7% by weight based on the weight of Al2O3 and SiO2 in the raw material composition. The by-produced ethanol was removed by evaporation.
該原料組成物の組成は以下のとおりである。
SiO2/Al2O3モル比=47、TPA/Siモル比=0.05、Na/Siモル比=0.17、OH/Siモル比=0.21、H2O/Siモル比=10
得られた原料組成物をステンレス製オートクレーブに密閉し、115℃で攪拌しながら4日間結晶化させ、スラリー状混合液を得た。結晶化後のスラリー状混合液を遠心沈降機で固液分離した後、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、110℃で乾燥して乾燥粉末を得た。
The composition of the raw material composition is as follows:
SiO2 / Al2O3 molar ratio = 47, TPA/Si molar ratio = 0.05, Na/Si molar ratio = 0.17, OH/Si molar ratio = 0.21, H2O /Si molar ratio = 10
The obtained raw material composition was sealed in a stainless steel autoclave and crystallized for 4 days while stirring at 115° C. to obtain a slurry mixture. The slurry mixture after crystallization was subjected to solid-liquid separation using a centrifugal settler, and the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water and dried at 110° C. to obtain a dry powder.
得られた乾燥粉末を1mol/Lの常温の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、100℃で1晩乾燥させた。空気下、550℃で1時間焼成後、600℃、30%の水蒸気で2時間処理した。得られた粉末を1mol/Lの常温の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、ゼオライトを得た。 The obtained dry powder was dispersed in 1 mol/L hydrochloric acid at room temperature, filtered, the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water, filtered again, and dried at 100°C overnight. It was calcined in air at 550°C for 1 hour, and then treated with 30% water vapor at 600°C for 2 hours. The obtained powder was dispersed in 1 mol/L hydrochloric acid at room temperature, filtered, the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water, filtered again, and zeolite was obtained.
得られたMFI型ゼオライトは、平均粒子径39nm、外表面酸量は0.003mmol/g、酸量は0.24mmol/gであった。 The obtained MFI zeolite had an average particle size of 39 nm, an outer surface acid amount of 0.003 mmol/g, and an acid amount of 0.24 mmol/g.
調製例2
調製例1で得られたMFI型ゼオライト100重量部に対して、シリカ(日産化学工業社製、(商品名)スノーテックスN-30G)43重量部、セルロース4重量部、純水20重量部を加え混練した。そして、混練物を直径1.5mm、長さ1.0~7.0mm(平均長さ3.5mm)の円柱状の成形体とした。これを100℃で1晩乾燥した後、空気下、550℃で1時間焼成した。得られたMFI型ゼオライト成形体は、平均粒子径35nm、外表面酸量は0.003mmol/g、酸量は0.20mmol/gであった。
Preparation Example 2
To 100 parts by weight of the MFI zeolite obtained in Preparation Example 1, 43 parts by weight of silica (product name Snowtex N-30G, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), 4 parts by weight of cellulose, and 20 parts by weight of pure water were added and kneaded. The kneaded product was then formed into a cylindrical molded product having a diameter of 1.5 mm and a length of 1.0 to 7.0 mm (average length 3.5 mm). This was dried overnight at 100° C. and then calcined in air at 550° C. for 1 hour. The obtained MFI zeolite molded product had an average particle size of 35 nm, an outer surface acid amount of 0.003 mmol/g, and an acid amount of 0.20 mmol/g.
調製例3
調製例2で得られたMFI型ゼオライト成形体に対して、イオン交換法で銀担持を行った。調製例2で得られたMFI型ゼオライト成形体100重量部に対して、純水300重量部、硝酸銀8重量部を使用した。硝酸銀を純水に溶解させ硝酸銀水溶液を調製し、ゼオライト成形体を加え、循環ポンプを用いて暗所にて水溶液を6時間循環させた。純水で洗浄後、110℃で1晩乾燥させ、550℃まで昇温し6時間焼成することで銀含有ゼオライト成形体を調製した。
得られた銀含有ゼオライト成形体は、10員環骨格構造を有し、平均粒子径32nm、外表面酸量は0.003mmol/g、酸量は0.19mmol/g、銀含有量は1.4wt%であった。
Preparation Example 3
Silver was supported on the MFI zeolite molded body obtained in Preparation Example 2 by ion exchange. 300 parts by weight of pure water and 8 parts by weight of silver nitrate were used for 100 parts by weight of the MFI zeolite molded body obtained in Preparation Example 2. Silver nitrate was dissolved in pure water to prepare an aqueous silver nitrate solution, the zeolite molded body was added, and the aqueous solution was circulated in a dark place for 6 hours using a circulation pump. After washing with pure water, the product was dried overnight at 110°C, and heated to 550°C and calcined for 6 hours to prepare a silver-containing zeolite molded body.
The obtained silver-containing zeolite shaped body had a 10-membered ring framework structure, an average particle size of 32 nm, an outer surface acid amount of 0.003 mmol/g, an acid amount of 0.19 mmol/g, and a silver content of 1.4 wt %.
実施例1
調製例2により得られたMFI型ゼオライト成形体に対して、含浸法でカルシウム担持を行った。酢酸カルシウム3.1gを純水2.0lに溶解させ、MFI型ゼオライト成形体1050gを加え、室温で30分間浸漬した。その後、純水2.0l中に5分間浸漬した。この酢酸カルシウム水溶液と純水への浸漬を3回繰り返した。その後、ゼオライトを磁性皿に移し、110℃まで昇温し一晩乾燥させた。続けて550℃まで昇温し、6時間焼成し、カルシウム含有ゼオライト成形体を得た。
Example 1
The MFI zeolite molded body obtained in Preparation Example 2 was loaded with calcium by impregnation. 3.1 g of calcium acetate was dissolved in 2.0 L of pure water, and 1,050 g of the MFI zeolite molded body was added and immersed at room temperature for 30 minutes. Then, the molded body was immersed in 2.0 L of pure water for 5 minutes. This immersion in the calcium acetate aqueous solution and pure water was repeated three times. Then, the zeolite was transferred to a magnetic dish, heated to 110°C, and dried overnight. The molded body was then heated to 550°C and calcined for 6 hours to obtain a calcium-containing zeolite molded body.
得られたカルシウム含有ゼオライト成形体に対して、含浸法で銀担持を行った。硝酸銀3.1gを純水350mlに溶解させ、その水溶液に上記のカルシウム含有ゼオライト108gを加え、室温で2時間浸漬した。純水で洗浄した後、ゼオライトを110℃で一晩乾燥させ、550℃で6時間焼成し、銀-カルシウム含有MFI型ゼオライト成形体を得た。 The obtained calcium-containing zeolite molded body was subjected to silver loading by impregnation method. 3.1 g of silver nitrate was dissolved in 350 ml of pure water, and 108 g of the above calcium-containing zeolite was added to the aqueous solution and immersed at room temperature for 2 hours. After washing with pure water, the zeolite was dried overnight at 110°C and calcined at 550°C for 6 hours to obtain a silver-calcium-containing MFI-type zeolite molded body.
得られた銀-カルシウム含有MFI型ゼオライトは、10員環骨格構造を有し、細孔分布曲線におけるメソ細孔分布曲線はピークを有し、均一メソ細孔のピークの半値幅は10nm、μ=18nmであった。また、均一メソ細孔の細孔容積は0.36ml/gであり、メソ細孔の全細孔容積に占める均一メソ細孔の細孔容積の割合は83%であった。粉末X線回折では、0.1~3度の範囲にピークは存在せず、平均粒子径28nm、外表面酸量は0.003mmol/g、酸量は0.16mmol/g、銀含有量は1.1wt%、カルシウム含有量は0.3wt%であり、銀/カルシウム(重量比)=380/100であった。 The obtained silver-calcium-containing MFI-type zeolite had a 10-membered ring framework structure, and the mesopore distribution curve in the pore distribution curve had a peak, with the half-width of the uniform mesopore peak being 10 nm and μ = 18 nm. The pore volume of the uniform mesopores was 0.36 ml/g, and the proportion of the pore volume of the uniform mesopores to the total pore volume of the mesopores was 83%. In the powder X-ray diffraction, there was no peak in the range of 0.1 to 3 degrees, the average particle size was 28 nm, the amount of outer surface acid was 0.003 mmol/g, the amount of acid was 0.16 mmol/g, the silver content was 1.1 wt%, the calcium content was 0.3 wt%, and the silver/calcium (weight ratio) was 380/100.
当該銀-カルシウム含有MFI型ゼオライト成形体を炭化水素化合物製造用触媒とし、上記に従い48時間反応を行った。反応の間の各生成成分の平均収率を表1に示す。軽質炭化水素化合物(エタン、エチレン、プロパン、プロピレンの合計)の平均収率は38.7重量%であり、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンの合計)の平均収率は38.6重量%であり、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の合計収率は77.3重量%であった。軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒として優れるバランスと合計収率を発揮するものであった。 The silver-calcium-containing MFI-type zeolite molded body was used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, and the reaction was carried out for 48 hours as described above. The average yield of each product during the reaction is shown in Table 1. The average yield of light hydrocarbon compounds (total of ethane, ethylene, propane, and propylene) was 38.7% by weight, the average yield of aromatic compounds (total of benzene, toluene, and xylene) was 38.6% by weight, and the total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was 77.3% by weight. As a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds, it demonstrated an excellent balance and total yield.
実施例2
調製例3により得られた銀含有ゼオライト成形体に対して、含浸法でカルシウム担持を行った。水酸化カルシウム0.3gを純水200mlに溶解させ、銀含有ゼオライト成形体105gを加え、室温で30分間浸漬した。その後、純水200mlに15分間浸漬させた。この水酸化カルシウム水溶液と純水への浸漬を2回繰り返した。その後、ゼオライトを磁性皿に移し、110℃まで昇温し一晩乾燥させた。続けて550℃まで昇温し、6時間焼成し、銀-カルシウム含有MFI型ゼオライト成形体を得た。
Example 2
The silver-containing zeolite shaped body obtained in Preparation Example 3 was subjected to calcium loading by impregnation. 0.3 g of calcium hydroxide was dissolved in 200 ml of pure water, and 105 g of the silver-containing zeolite shaped body was added and immersed at room temperature for 30 minutes. Then, the zeolite was immersed in 200 ml of pure water for 15 minutes. This immersion in the calcium hydroxide aqueous solution and pure water was repeated twice. Then, the zeolite was transferred to a magnetic dish, heated to 110°C, and dried overnight. The temperature was then raised to 550°C and calcined for 6 hours to obtain a silver-calcium-containing MFI type zeolite shaped body.
得られた銀-カルシウム含有MFI型ゼオライトは、10員環骨格構造を有し、細孔分布曲線におけるメソ細孔分布曲線はピークを有し、均一メソ細孔のピークの半値幅は10nm、μ=17nmであった。また、均一メソ細孔の細孔容積は0.36ml/gであり、メソ細孔の全細孔容積に占める均一メソ細孔の細孔容積の割合は82%であった。粉末X線回折では、0.1~3度の範囲にピークは存在せず、平均粒子径30nm、外表面酸量は0.003mmol/g、酸量は0.18mmol/g、銀含有量は1.4wt%、カルシウム含有量は0.3wt%であり、銀/カルシウム(重量比)=460/100であった。 The obtained silver-calcium-containing MFI-type zeolite had a 10-membered ring framework structure, and the mesopore distribution curve in the pore distribution curve had a peak, with the half-width of the uniform mesopore peak being 10 nm and μ = 17 nm. The pore volume of the uniform mesopores was 0.36 ml/g, and the proportion of the pore volume of the uniform mesopores to the total pore volume of the mesopores was 82%. In the powder X-ray diffraction, there was no peak in the range of 0.1 to 3 degrees, the average particle size was 30 nm, the amount of outer surface acid was 0.003 mmol/g, the amount of acid was 0.18 mmol/g, the silver content was 1.4 wt%, the calcium content was 0.3 wt%, and the silver/calcium (weight ratio) was 460/100.
当該銀とカルシウム含有ゼオライト成形体を炭化水素化合物製造用触媒とし、上記に従い48時間反応を行った。反応の間の各生成成分の平均収率を表1に示す。軽質炭化水素化合物(エタン、エチレン、プロパン、プロピレンの合計)の平均収率は35.5重量%であり、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンの合計)の平均収率は42.4重量%であり、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の合計収率は77.9重量%であった。軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒として優れるバランスと合計収率を発揮するものであった。 The silver and calcium-containing zeolite molded body was used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, and the reaction was carried out for 48 hours as described above. The average yield of each product during the reaction is shown in Table 1. The average yield of light hydrocarbon compounds (total of ethane, ethylene, propane, and propylene) was 35.5% by weight, the average yield of aromatic compounds (total of benzene, toluene, and xylene) was 42.4% by weight, and the total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was 77.9% by weight. As a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds, it demonstrated an excellent balance and total yield.
実施例3
調製例3により得られた銀含有ゼオライト成形体に対して、含浸法でカルシウム担持を行った。水酸化カルシウム0.3gを純水200mlに溶解させ、銀含有ゼオライト成形体105gを加え、室温で30分間浸漬した。その後、純水200mlに15分間浸漬させた。この水酸化カルシウム水溶液と純水への浸漬を6回繰り返した。その後、ゼオライトを磁性皿に移し、110℃まで昇温し一晩乾燥させた。続けて550℃まで昇温し、6時間焼成し、銀-カルシウム含有MFI型ゼオライト成形体を得た。
Example 3
The silver-containing zeolite shaped body obtained in Preparation Example 3 was subjected to calcium loading by impregnation. 0.3 g of calcium hydroxide was dissolved in 200 ml of pure water, and 105 g of the silver-containing zeolite shaped body was added and immersed at room temperature for 30 minutes. Then, the zeolite was immersed in 200 ml of pure water for 15 minutes. This immersion in the calcium hydroxide aqueous solution and pure water was repeated six times. Then, the zeolite was transferred to a magnetic dish, heated to 110°C, and dried overnight. The temperature was then raised to 550°C and calcined for six hours to obtain a silver-calcium-containing MFI type zeolite shaped body.
得られた銀-カルシウム含有MFI型ゼオライトは、10員環骨格構造を有し、細孔分布曲線におけるメソ細孔分布曲線はピークを有し、均一メソ細孔のピークの半値幅は10nm、μ=18nmであった。また、均一メソ細孔の細孔容積は0.35ml/gであり、メソ細孔の全細孔容積に占める均一メソ細孔の細孔容積の割合は81%であった。粉末X線回折では、0.1~3度の範囲にピークは存在せず、平均粒子径27nm、外表面酸量は0.002mmol/g、酸量は0.15mmol/g、銀含有量は1.4wt%、カルシウム含有量は0.8wt%であり、銀/カルシウム(重量比)=173/100であった。 The obtained silver-calcium-containing MFI-type zeolite had a 10-membered ring framework structure, and the mesopore distribution curve in the pore distribution curve had a peak, with the half-width of the uniform mesopore peak being 10 nm and μ = 18 nm. The pore volume of the uniform mesopores was 0.35 ml/g, and the proportion of the pore volume of the uniform mesopores to the total pore volume of the mesopores was 81%. In the powder X-ray diffraction, there was no peak in the range of 0.1 to 3 degrees, the average particle size was 27 nm, the amount of outer surface acid was 0.002 mmol/g, the amount of acid was 0.15 mmol/g, the silver content was 1.4 wt%, the calcium content was 0.8 wt%, and the silver/calcium (weight ratio) was 173/100.
当該銀-カルシウム含有ゼオライトを炭化水素化合物製造用触媒とし、上記に従い48時間反応を行った。反応の間の各生成成分の平均収率を表1に示す。軽質炭化水素化合物(エタン、エチレン、プロパン、プロピレンの合計)の平均収率は46.9重量%であり、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンの合計)の平均収率は30.3重量%であり、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の合計収率は77.2重量%であった。軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の同時製造用触媒として優れるバランスと合計収率を発揮するものであった。 The silver-calcium-containing zeolite was used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, and the reaction was carried out for 48 hours as described above. The average yield of each product during the reaction is shown in Table 1. The average yield of light hydrocarbon compounds (total of ethane, ethylene, propane, and propylene) was 46.9% by weight, the average yield of aromatic compounds (total of benzene, toluene, and xylene) was 30.3% by weight, and the total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was 77.2% by weight. As a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds, it demonstrated an excellent balance and total yield.
比較例1
調製例3により得られた銀含有ゼオライト成形体を炭化水素化合物製造用触媒とし、上記に従い48時間反応を行った。反応の間の各生成成分の平均収率を表1に示す。軽質炭化水素化合物(エタン、エチレン、プロパン、プロピレンの合計)の平均収率は18.0重量%であり、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンの合計)の平均収率は54.6重量%であり、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の合計収率は72.6重量%であった。
Comparative Example 1
The silver-containing zeolite shaped body obtained in Preparation Example 3 was used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, and the reaction was carried out for 48 hours as described above. The average yields of each product during the reaction are shown in Table 1. The average yield of light hydrocarbon compounds (the total of ethane, ethylene, propane, and propylene) was 18.0% by weight, the average yield of aromatic compounds (the total of benzene, toluene, and xylene) was 54.6% by weight, and the total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was 72.6% by weight.
芳香族化合物の生産が優先され、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物との製造バランス、生産性に劣るものであった。 Priority was given to the production of aromatic compounds, and the production balance and productivity between light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was poor.
比較例2
調製例2により得られたMFI型ゼオライト成形体に対して、イオン交換法でカルシウム担持を行った。内径10.0cmの塩ビ管にMFI型ゼオライト成形体2105gを長さ40cmまで充填し、水酸化カルシウム6.2gを純水6700mlに溶解させ12mmol/Lの水酸化カルシウム水溶液を調製した。耐薬品性ポリオレフィンホースを用いて循環ポンプと塩化ビニル管株を接続し、水酸化カルシウム水溶液を26cm/minで60分間循環させた。この操作を2回繰り返した後、水酸化カルシウム水溶液をすべて抜き出した後、同じ流通線速度で純水6700mlを15分間循環させた。この純水循環を2回繰り返した後、ゼオライトを磁性皿に採取し、110℃まで昇温し一晩乾燥させ、カルシウム含有MFI型ゼオライトを得た。
Comparative Example 2
The MFI zeolite molded body obtained in Preparation Example 2 was subjected to calcium loading by an ion exchange method. 2105 g of the MFI zeolite molded body was filled up to a length of 40 cm in a PVC pipe having an inner diameter of 10.0 cm, and 6.2 g of calcium hydroxide was dissolved in 6700 ml of pure water to prepare a 12 mmol/L calcium hydroxide aqueous solution. A circulation pump and a PVC pipe were connected using a chemical-resistant polyolefin hose, and the calcium hydroxide aqueous solution was circulated at 26 cm/min for 60 minutes. After repeating this operation twice, all of the calcium hydroxide aqueous solution was extracted, and then 6700 ml of pure water was circulated at the same flow linear velocity for 15 minutes. After repeating this pure water circulation twice, the zeolite was collected on a magnetic dish, heated to 110° C., and dried overnight to obtain a calcium-containing MFI zeolite.
得られたカルシウム含有MFI型ゼオライトのカルシウム含有量は0.3wt%であり、10員環骨格構造を有し、粉末X線回折では、0.1~3度の範囲にピークは存在せず、平均粒子径33nm、外表面酸量は0.003mmol/g、酸量は0.19mmol/gであった。 The calcium content of the obtained calcium-containing MFI-type zeolite was 0.3 wt%, it had a 10-membered ring framework structure, no peaks were present in the range of 0.1 to 3 degrees in powder X-ray diffraction, the average particle size was 33 nm, the amount of outer surface acid was 0.003 mmol/g, and the amount of acid was 0.19 mmol/g.
当該カルシウム含有ゼオライト成形体を炭化水素化合物製造用触媒とし、上記に従い48時間反応を行った。反応の間の各生成成分の平均収率を表1に示す。軽質炭化水素化合物(エタン、エチレン、プロパン、プロピレンの合計)の平均収率は36.6重量%であり、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンの合計)の平均収率は38.3重量%であり、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の合計収率は74.9重量%であった。 The calcium-containing zeolite molded body was used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, and the reaction was carried out for 48 hours as described above. The average yield of each product during the reaction is shown in Table 1. The average yield of light hydrocarbon compounds (total of ethane, ethylene, propane, and propylene) was 36.6% by weight, the average yield of aromatic compounds (total of benzene, toluene, and xylene) was 38.3% by weight, and the total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was 74.9% by weight.
軽質炭化水素化合物及び芳香族化合物の合計収率は低く、生産性に劣るものであった。 The total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was low, resulting in poor productivity.
比較例3
調製例1により得られたMFI型ゼオライト成形体を炭化水素化合物製造用触媒とし、上記に従い48時間反応を行った。反応の間の各生成成分の平均収率を表1に示す。軽質炭化水素化合物(エタン、エチレン、プロパン、プロピレンの合計)の平均収率は28.3重量%であり、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンの合計)の平均収率は46.5重量%であり、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の合計収率は74.8重量%であった。
Comparative Example 3
The MFI zeolite molded body obtained in Preparation Example 1 was used as a catalyst for producing hydrocarbon compounds, and a reaction was carried out for 48 hours as described above. The average yields of each product during the reaction are shown in Table 1. The average yield of light hydrocarbon compounds (the total of ethane, ethylene, propane, and propylene) was 28.3% by weight, the average yield of aromatic compounds (the total of benzene, toluene, and xylene) was 46.5% by weight, and the total yield of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was 74.8% by weight.
芳香族化合物の生産が優先され、軽質炭化水素化合物と芳香族化合物との製造バランス、生産性に劣るものであった。 Priority was given to the production of aromatic compounds, and the production balance and productivity between light hydrocarbon compounds and aromatic compounds was poor.
本発明の新規な銀-アルカリ土類金属含有MFI型ゼオライトは、例えば脂肪族炭化水素から軽質炭化水素化合物と芳香族化合物を同時に製造する際に、それぞれの生産性およびバランスに優れると共に安定した製造方法とすることが可能となり、例えば軽質炭化水素化合物と芳香族化合物の同時製造用触媒として工業的にも非常に有用なものである。 The novel silver-alkaline earth metal-containing MFI-type zeolite of the present invention enables a stable production method with excellent productivity and balance for each, for example, when simultaneously producing light hydrocarbon compounds and aromatic compounds from aliphatic hydrocarbons, and is extremely useful industrially as a catalyst for the simultaneous production of light hydrocarbon compounds and aromatic compounds.
Claims (6)
(i)平均粒子径(PD)がPD≦100nmである。
(ii)メソ細孔分布曲線がピークを有するものであり、該ピークの半値幅(hw)がhw≦20nm、該ピークの中心値(μ)が10nm≦μ≦20nmであり、該ピークに相当するメソ細孔のメソ細孔容積(pv)が0.05ml/g≦pvであるメソ細孔群を有する。
(iii)回折角を2θとした粉末X線回折測定において0.1~3度の範囲にピークを有さない。
(iv)銀の含有率が0.05~3wt%。
(v)アルカリ土類金属の含有率が0.05~5wt%。 A silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite characterized by satisfying the following characteristics (i) to (v):
(i) The average particle diameter (PD) is PD≦100 nm.
(ii) The mesopore distribution curve has a peak, the half width (hw) of the peak is hw≦20 nm, the center value (μ) of the peak is 10 nm≦μ≦20 nm, and the mesopore volume (pv) of the mesopores corresponding to the peak is 0.05 ml/g≦pv.
(iii) In powder X-ray diffraction measurement at a diffraction angle of 2θ, there is no peak in the range of 0.1 to 3 degrees.
(iv) the silver content is 0.05 to 3 wt %;
(v) The alkaline earth metal content is 0.05 to 5 wt. %.
(vi)外表面酸量が0.01mmol/g以下である。
(vii)酸量が0.05~0.85mmol/gである。
(viii)銀/アルカリ土類金属(重量比)=100/100~500/100である。 The silver-alkaline earth metal-containing MFI zeolite (vi) according to claim 1, further comprising any one of the following characteristics (vi) to (viii):
(vii) the acid amount is 0.05 to 0.85 mmol/g;
(viii) The weight ratio of silver/alkaline earth metal is 100/100 to 500/100.
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