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JP7703909B2 - Method for simultaneous production of lower aliphatic and aromatic hydrocarbons - Google Patents
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JP7703909B2 - Method for simultaneous production of lower aliphatic and aromatic hydrocarbons - Google Patents

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Description

本発明は、炭化水素系プラスチックより低級炭化水素及び芳香族炭化水素を製造する方法に関するものであり、詳細には炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の主要成分である炭素数(以下、Cと記す場合がある)1~30のパラフィン、オレフィン、ジオレフィン等からなる脂肪族炭化水素を特定の2種類のゼオライト触媒を用いた特定の工程を経ることにより、石油化学製品として有用な炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素に高効率でバランスよく安定的に転換することを可能とする低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing lower hydrocarbons and aromatic hydrocarbons from hydrocarbon-based plastics, and more specifically, to a method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons that enables highly efficient, well-balanced and stable conversion of aliphatic hydrocarbons consisting of paraffins, olefins, diolefins, etc. having 1 to 30 carbon atoms (hereinafter sometimes written as C), which are the main components of the thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, into olefins, paraffins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, which are useful as petrochemical products, through a specific process using two specific types of zeolite catalysts.

近年、地球温暖化問題や海洋プラスチック問題がクローズドアップされ、廃プラスチックを化学的に分解して石油化学製品の原料として再利用するケミカルリサイクルが注目されている。なかでも加熱分解による油化技術は、廃プラスチックの半分を占める熱可塑性のポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン)を炭化水素油に転換し、この炭化水素油をナフサクラッカー等の原料に用いれば、実質的にプラスチックの循環を可能とする重要な技術である。 In recent years, issues such as global warming and marine plastic pollution have come into the spotlight, and chemical recycling, in which waste plastic is chemically broken down and reused as raw materials for petrochemical products, has been attracting attention. In particular, oil-making technology using thermal decomposition is an important technology that can essentially recycle plastics by converting thermoplastic polyolefins (polyethylene, polypropylene), which make up half of waste plastics, into hydrocarbon oil, which can then be used as raw material for naphtha crackers, etc.

廃プラスチックの加熱分解による油化技術は古くから知られており、無酸素かつ無触媒条件下で加熱分解した場合、炭素数分布がC1~C30と広い分布範囲の生成物、即ち炭化水素油が得られる。このうち、C5~C10の軽質油はナフサクラッカーの原料油として利用可能であるが、C11以上の灯油、軽油、重油、ワックスは燃料として利用され、製品の付加価値として高いものではなかった。 The technology of converting waste plastic into oil through thermal decomposition has been known for a long time, and when thermal decomposition is carried out under oxygen-free and catalyst-free conditions, a wide range of products with carbon numbers from C1 to C30, that is, hydrocarbon oils, is obtained. Of these, light oils from C5 to C10 can be used as feedstock for naphtha crackers, but kerosene, diesel, heavy oil, and wax with carbon numbers of C11 and above are used as fuel and do not add much value to the product.

製品の付加価値を高める方法として、ポリオレフィン系(廃)プラスチックを加熱分解し、加熱分解により発生した生成物をゼオライト等の触媒層に接触して炭化水素油を回収する方法(例えば特許文献1、非特許文献1参照。)が提案されている。 As a method for increasing the added value of products, a method has been proposed in which polyolefin-based (waste) plastics are thermally decomposed, and the product generated by the thermal decomposition is brought into contact with a catalyst layer such as zeolite to recover hydrocarbon oils (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

また、廃プラスチックを加熱分解により気化させて得られた加熱分解生成物をホウ素含有珪酸塩触媒に接触させて、炭化水素油を回収する廃プラスチックの処理法(例えば特許文献2参照。)が提案され、さらに、ガリウム含有珪酸塩触媒を用いた廃プラスチックの処理法(例えば特許文献3参照。)、等が提案されている。 A method for treating waste plastics has also been proposed in which waste plastics are vaporized by thermal decomposition, and the resulting thermal decomposition product is brought into contact with a boron-containing silicate catalyst to recover hydrocarbon oil (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, a method for treating waste plastics using a gallium-containing silicate catalyst (see, for example, Patent Document 3) has also been proposed.

特開昭63-178195号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 178195/1983 特許第4341162号Patent No. 4341162 特許第4103198号Patent No. 4103198

高分子、第45巻、311頁(1996年)Polymer, Vol. 45, p. 311 (1996)

しかし、特許文献1に提案の方法においては、ZSM-5触媒を用いることで炭化水素油の炭素数分布がC5~C38からC5~C21に低分子量化するが、依然、C11以上の付加価値の低い灯油、軽油、重油の留分が多いという課題があった。非特許文献1に提案の方法においては、ZSM-5の他、HY、REY、Ni/ReY触媒を用いて加熱分解しており、特にREY触媒を用いたときにC5~C11のガソリン留分の選択性が高くなるが、これらY型ゼオライトは熱安定性に乏しく、またC9以上の付加価値の低い留分が未だ多く、工業触媒としては十分なものではなかった。 However, in the method proposed in Patent Document 1, although the carbon number distribution of the hydrocarbon oil is reduced from C5-C38 to C5-C21 by using a ZSM-5 catalyst, there is still a problem that there is a large amount of low added value kerosene, light oil, and heavy oil fractions of C11 and above. In the method proposed in Non-Patent Document 1, in addition to ZSM-5, HY, REY, and Ni/ReY catalysts are used for thermal cracking, and the selectivity of C5-C11 gasoline fraction is particularly high when a REY catalyst is used, but these Y-type zeolites have poor thermal stability and still contain a large amount of low added value fractions of C9 and above, so they are not sufficient as industrial catalysts.

特許文献2に提案の方法においては、ホウ素含有珪酸塩触媒を用いることで、炭化水素油の低分子量化が著しく進行し、特にC3とC4のオレフィン、パラフィンの合計選択率が上昇したものの、偏った成分の生成は既設プラントとの併用が難しく、例えば、エチレンプラント(ナフサクラッカー)における特定の蒸留塔への負荷が高くなり、過度にナフサクラッカーの稼働率を低減せざるを得なかったり、あるいは特定の蒸留塔の新設が必要となる等、経済的な面での合理性は低かった。また、ホウ素含有珪酸塩の合成が難しいため入手に難があることや、耐コーキング性が十分でなく触媒寿命の点では満足な検討がなされていない。さらに、特許文献3に提案の方法においては、ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることで、炭素数分布がC1~C13、特にベンゼン(C6)、トルエン(C7)、キシレン(C8)の選択率が高まり、バランス良く低分子量化が進行するが、ガリウム含有珪酸塩、特にガロシリケートはシリケートの骨格内にGa金属が挿入しづらく、再現性良くかつ工業的に合成することが難しく、また耐コーキング性が十分でないことから、触媒寿命の点で改良の余地が残されたものであった。 In the method proposed in Patent Document 2, the use of a boron-containing silicate catalyst significantly reduced the molecular weight of hydrocarbon oils, and in particular increased the total selectivity of C3 and C4 olefins and paraffins. However, the production of biased components made it difficult to use in conjunction with existing plants. For example, the load on a specific distillation tower in an ethylene plant (naphtha cracker) increased, forcing the naphtha cracker's operating rate to be excessively reduced, or requiring the construction of a new specific distillation tower, making the method economically unreasonable. In addition, the synthesis of boron-containing silicate is difficult, making it difficult to obtain, and the catalyst's lifespan has not been satisfactorily examined due to its insufficient coking resistance. Furthermore, in the method proposed in Patent Document 3, the use of a gallium-containing silicate catalyst increases the selectivity of carbon number distributions of C1 to C13, particularly benzene (C6), toluene (C7), and xylene (C8), and the reduction in molecular weight proceeds in a well-balanced manner. However, with gallium-containing silicates, particularly gallosilicates, it is difficult to insert Ga metal into the silicate skeleton, making it difficult to synthesize reproducibly and industrially, and the coking resistance is insufficient, leaving room for improvement in terms of catalyst life.

そこで、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物を石油化学製品として有用な低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素に高効率、高選択的かつ同時に転換することを可能とする製造方法の出現が望まれていた。 Therefore, there has been a demand for a manufacturing method that can convert the pyrolysis products of hydrocarbon plastics into lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons that are useful as petrochemical products with high efficiency and selectivity at the same time.

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、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物より低級炭化水素及び芳香族炭化水素を製造する際に、特定の2種類のゼオライト触媒を用いた特定の工程を経ることで、石油化学製品として有用な低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を同時に高収率で製造でき、しかも触媒寿命に優れた製造方法となることを見出し、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 when producing lower hydrocarbons and aromatic hydrocarbons from the pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics, a specific process using two specific types of zeolite catalysts can be used to simultaneously produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons that are useful as petrochemical products in high yields, and that this production method has an excellent catalyst life, leading to the completion of the present invention.

即ち、本発明は、炭化水素系プラスチックを原料に低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を製造する方法であって、少なくとも下記(1)~(3)工程を経ることを特徴とする低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法に関するものである。
(1)工程;炭化水素系プラスチックを加熱溶融する工程。
(2)工程;加熱溶融炭化水素系プラスチックをアンモニア昇温脱離スペクトルにおける高温脱離量から求められる酸量(NH-TPD法による固体酸量)が200μmol/g以下であるゼオライトの存在下で加熱分解し、加熱分解生成物とする工程。
(3)工程;加熱分解生成物を下記(i)~(iv)の特性を満足するゼオライトを含む触媒に加熱条件下で接触し、低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を同時に製造する工程。
(i)平均粒子径が100nm以下。
(ii)MFI型又はMEL型である10員環細孔ゼオライト。
(iii)外表面のブレンステッド酸量が0.1~10.0μmol/g。
(iv)全ブレンステッド酸量が0.01~1.0mmol/g。
That is, the present invention relates to a method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons using hydrocarbon plastics as a raw material, the method being characterized by going through at least the following steps (1) to (3):
Step (1): A step of heating and melting a hydrocarbon-based plastic.
Step (2): A step of thermally decomposing a heat-molten hydrocarbon-based plastic in the presence of a zeolite having an acid amount (solid acid amount by the NH 3 -TPD method) of 200 μmol/g or less, determined from the high-temperature desorption amount in an ammonia temperature programmed desorption spectrum, to obtain a thermal decomposition product.
Step (3): A step of contacting the thermal cracking product with a catalyst containing a zeolite satisfying the following characteristics (i) to (iv) under heated conditions to simultaneously produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons:
(i) The average particle size is 100 nm or less.
(ii) 10-ring pore zeolites of the MFI or MEL type.
(iii) the Bronsted acid amount of the outer surface is 0.1 to 10.0 μmol/g.
(iv) the total Bronsted acidity is 0.01 to 1.0 mmol/g.

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.

本発明の製造方法は、多種多様な成分を含むことから従来は原材料として用いることが困難であった炭化水素系プラスチックであっても、石油化学製品として有用な低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を同時に製造する方法であり、炭化水素系プラスチックを加熱溶融する(1)工程、加熱溶融炭化水素系プラスチックをアンモニア昇温脱離スペクトルにおける高温脱離量から求められる酸量(NH-TPD法による固体酸量)が200μmol/g以下であるゼオライトの存在下で加熱分解し、加熱分解生成物とする(2)工程、加熱分解生成物を(i)平均粒子径が100nm以下、(ii)MFI型又はMEL型である10員環細孔ゼオライト、(iii)外表面のブレンステッド酸量が0.1~10.0μmol/g、(iv)全ブレンステッド酸量が0.01~1.0mmol/gとの特性を満足するゼオライトを含む触媒に加熱条件下で接触し、低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を同時に製造する(3)工程、を経るものである。その際の好ましい態様としての概略図を図1に示す。 The production method of the present invention is a method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons that are useful as petrochemical products, even from hydrocarbon-based plastics that have traditionally been difficult to use as raw materials due to the wide variety of components they contain, and involves the following steps: (1) heat-melting the hydrocarbon-based plastic; (2) heat-decomposing the heat-molten hydrocarbon-based plastic in the presence of a zeolite having an acid amount (solid acid amount as determined by the NH 3 -TPD method) of 200 μmol/g or less, as determined from the high-temperature desorption amount in an ammonia temperature-programmed desorption spectrum, to produce a thermal decomposition product; and (3) contacting the thermal decomposition product under heating conditions with a catalyst containing a zeolite that satisfies the following characteristics: (i) an average particle size of 100 nm or less, (ii) an MFI-type or MEL-type 10-membered ring fine pore zeolite, (iii) an outer surface Bronsted acid amount of 0.1 to 10.0 μmol/g, and (iv) a total Bronsted acid amount of 0.01 to 1.0 mmol/g, to simultaneously produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons. A schematic diagram of a preferred embodiment in this case is shown in FIG.

本発明の製造方法は、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物である炭化水素を原料として(1)~(3)工程を経ることにより炭化水素、特に石油化学製品として有用な低級炭化水素、即ち、炭素数2~8の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を高選択的に同時に製造することを可能とするものである。その際の原料である炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物としては、炭化水素系プラスチックを加熱分解して得られるものであれば制限はなく、中でもプラスチックの廃棄物を再び資源として活用することにより、資源確保や廃棄物処理の両面での社会的課題の解決に貢献することができることから、プラスチックの構造中に酸素原子や窒素原子を持たずかつ熱可塑性を示す炭化水素系プラスチック、更にはその使用済みの廃プラスチックおよび/又は炭化水素系プラスチックの製造・加工時におけるロス品の加熱分解生成物であることが好ましい。炭化水素系プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、ポリスチレン等が挙げられ、さらに塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩素化ポリエチレンの塩素化プラスチックに構成される塩素原子を分離除去したプラスチックが挙げられる。 The manufacturing method of the present invention uses hydrocarbons, which are the thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, as a raw material through steps (1) to (3) to enable the simultaneous highly selective production of hydrocarbons, particularly lower hydrocarbons useful as petrochemical products, i.e., lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms. The thermal decomposition products of the hydrocarbon-based plastics used as the raw material are not limited as long as they are obtained by thermal decomposition of the hydrocarbon-based plastics. In particular, since plastic waste can be used again as a resource to contribute to solving social issues in terms of both resource conservation and waste disposal, it is preferable to use hydrocarbon-based plastics that do not have oxygen atoms or nitrogen atoms in the plastic structure and exhibit thermoplasticity, and furthermore, the thermal decomposition products of used waste plastics and/or waste products during the production and processing of hydrocarbon-based plastics. Examples of hydrocarbon-based plastics include polyethylene, polypropylene, ethylene propylene rubber, polystyrene, etc., and further include plastics obtained by separating and removing chlorine atoms that are composed of polyvinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, and chlorinated polyethylene chlorinated plastics.

本発明の製造方法を構成する(1)工程は、炭化水素系プラスチックを加熱溶融する工程であり、炭化水素系プラスチックが加熱溶融し、溶融したプラスチックを後の(2)工程に供給することが可能であれば、その装置、方法等は特に限定されず、例えば、熱媒ジャケットや加熱ヒーターで加温した1軸や2軸の押出し溶融機、攪拌式オートクレーブ等が用いられる。加熱溶融時の温度は、炭化水素系プラスチックが加熱溶融すれば特に制限されず、例えば、140℃~300℃が好ましく、160~250℃がさらに好ましい。 Step (1) of the manufacturing method of the present invention is a step of heating and melting a hydrocarbon-based plastic. As long as the hydrocarbon-based plastic can be heated and melted and the molten plastic can be supplied to the subsequent step (2), the apparatus and method are not particularly limited. For example, a single-screw or twin-screw extrusion melter heated by a heat medium jacket or heater, or a stirring autoclave, etc. can be used. The temperature during heating and melting is not particularly limited as long as the hydrocarbon-based plastic can be heated and melted. For example, 140°C to 300°C is preferable, and 160°C to 250°C is even more preferable.

本発明の製造方法を構成する(2)工程は、加熱溶融炭化水素系プラスチックをNH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であるゼオライトの存在下で加熱分解し、加熱分解生成物とする工程であり、加熱分解生成物である炭素数分布がC1~C30のパラフィン、オレフィン、ジオレフィンからなる脂肪族炭化水素の混合物がより低分子量化し、(3)工程に供給することが可能であれば、そのプロセス、装置は特に限定されず、例えば、加熱溶融炭化水素系プラスチックとNH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であるゼオライトが接触する方法、が挙げられる。具体的には、熱媒ジャケットや加熱ヒーターで加温した1軸や2軸の押出し溶融機、攪拌式オートクレーブ等の加熱分解装置に、加熱溶融した炭化水素系プラスチックを供給し、NH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であるゼオライトを供給する方法を挙げることができ、更には前記(1)工程と該(2)工程は同一装置内にて同時又は時系列的に行うことができる。 The step (2) constituting the manufacturing method of the present invention is a step of thermally decomposing a heat-molten hydrocarbon-based plastic in the presence of a zeolite having a solid acid amount of 200 μmol/g or less as measured by the NH 3 -TPD method to obtain a thermal decomposition product, and the process and the apparatus are not particularly limited as long as the thermal decomposition product, a mixture of aliphatic hydrocarbons consisting of paraffins, olefins, and diolefins having a carbon number distribution of C1 to C30, can be made lower in molecular weight and can be supplied to the step (3). For example, a method in which a heat-molten hydrocarbon-based plastic is brought into contact with a zeolite having a solid acid amount of 200 μmol/g or less as measured by the NH 3 -TPD method can be mentioned. Specifically, a method in which a heat-molten hydrocarbon-based plastic is supplied to a thermal decomposition device such as a single-screw or twin-screw extrusion melter heated by a heat medium jacket or heater, or an agitation autoclave, and a zeolite having a solid acid amount of 200 μmol/g or less as measured by the NH 3 -TPD method is supplied, and further the steps (1) and (2) can be carried out simultaneously or sequentially in the same device.

(2)工程におけるゼオライトの形状は、特に限定されず、中でもハンドリングが容易なことから、粉末形状が好ましい。反応温度に特に制限はなく、より効率的に加熱分解が進行することから200~600℃の範囲が好ましく、より低分子量化が進行することから250~500℃の範囲がより好ましい。また、反応圧力にも制限はなく、例えば常圧~5MPa程度の圧力範囲で運転が可能である。加熱溶融した炭化水素系プラスチックとゼオライトを供給する際には、窒素等の不活性ガスにより希釈したものとして用いることもできる。 The shape of the zeolite in step (2) is not particularly limited, with a powder shape being preferred due to ease of handling. There is no particular limit to the reaction temperature, with a range of 200 to 600°C being preferred as this allows for more efficient thermal decomposition, and a range of 250 to 500°C being more preferred as this allows for more efficient molecular weight reduction. There is also no limit to the reaction pressure, with operation possible within a pressure range of, for example, normal pressure to approximately 5 MPa. When supplying the heated and melted hydrocarbon plastic and zeolite, they can also be used after dilution with an inert gas such as nitrogen.

(2)工程において用いられるゼオライトは、アンモニア昇温脱離スペクトルにおける高温脱離量から求められる酸量が200μmol/g以下であるゼオライトである。ここで、ゼオライトのNH-TPD法による固体酸量とは、「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)」に準じたNH-TPD法により測定される値である。すなわち、本発明におけるゼオライトのNH-TPD法による固体酸量は、アンモニアを室温で飽和吸着させた試料から100℃以上500℃以下で脱離するアンモニア量を測定することにより得られる値である。具体的には、後述する~NH-TPD法による固体酸量の測定~による。 The zeolite used in the step (2) is a zeolite having an acid amount of 200 μmol/g or less, determined from the high-temperature desorption amount in an ammonia temperature programmed desorption spectrum. Here, the solid acid amount of zeolite by the NH 3 -TPD method is a value measured by the NH 3 -TPD method according to "Measurement of Solid Acidity by Ammonia Temperature Programmed Desorption Method, Catalyst, vol. 42, p. 218 (2000)". In other words, the solid acid amount of zeolite by the NH 3 -TPD method in the present invention is a value obtained by measuring the amount of ammonia desorbed at 100° C. or more and 500° C. or less from a sample saturated with ammonia at room temperature. Specifically, it is measured by the measurement of solid acid amount by the NH 3 -TPD method described later.

(2)工程で用いるゼオライトは、NH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であり、この範囲であれば炭素数分布がC1~C20の比較的低級の脂肪族炭化水素(オレフィン、パラフィン、ジオレフィン)の収量が高く、この脂肪族炭化水素を(3)工程に供給することにより、(3)工程のゼオライトを含む触媒による触媒反応、即ち脂肪族炭化水素の更なる低級化や環化による低級脂肪族炭化水素と芳香族炭化水素の効率的な同時製造を可能とするものである。また、該ゼオライトの骨格構造は特に限定されず、国際ゼオライト学会で定義されているアルファベット大文字3個からなる構造コードとして、例えば、ABW、AFG、ANA、BEA、BIK、BOG、BRE、CAN、CAS、CFI、CHA、DAC、DDR、EAB、EDI、EMT、EPI、ERI、ESV、EUO、FAU、FER、FRA、GIS、GME、GOO、HEU、IFR、ITE、JBW、KFI、LAU、LEV、LIO、LOS、LTA、LTL、LTN、MAZ、MEI、MEL、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MWW、NAT、NES、NON、OFF、-PAR、PAU、PHI、RHO、RTS、RUT、SFE、SFF、SFG、SOD、SST、STF、STI、STT、TER、THO、TON、TSC、UFI、VET、VFI、WEN、YUG等が挙げられ、触媒活性が高いこと、しかも入手が容易なことから、好ましくはBEA、FAU、FER、LTA、LTL、MFI、MOR、MWWが挙げられ、さらに好ましくはFAU、MFIが挙げられる。 The zeolite used in step (2) has a solid acidity of 200 μmol/g or less as measured by the NH 3 -TPD method, and within this range, the yield of relatively low aliphatic hydrocarbons (olefins, paraffins, diolefins) having a carbon number distribution of C1 to C20 is high, and by supplying these aliphatic hydrocarbons to step (3), it becomes possible to carry out a catalytic reaction using a catalyst containing the zeolite in step (3), i.e., to efficiently produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons simultaneously by further lowering and cyclization of the aliphatic hydrocarbons. The framework structure of the zeolite is not particularly limited, and examples of the framework structure that can be used include, as structure codes consisting of three capital letters defined by the International Zeolite Society, ABW, AFG, ANA, * BEA, BIK, BOG, BRE, CAN, CAS, CFI, CHA, DAC, DDR, EAB, EDI, EMT, EPI, ERI, ESV, EUO, FAU, FER, FRA, GIS, G ME, GOO, HEU, IFR, ITE, JBW, KFI, LAU, LEV, LIO, LOS, LTA, LTL, LTN, MAZ, MEI, MEL, MER, MFI, MFS, MON, MO R, MSO, MTF, MTN, MTT, MTW, MWW, NAT, NES, NON, OFF, -PAR, PAU, PHI, RHO, RTS, RUT, SFE, SFF, SFG, SOD, SST, STF, STI, STT, TER, THO, TON, TSC, UFI, VET, VFI, WEN, YUG and the like are included, and from the viewpoints of high catalytic activity and easy availability, * BEA, FAU, FER, LTA, LTL, MFI, MOR and MWW are preferred, and FAU and MFI are more preferred.

また、ゼオライトの組成も特に限定されず、例えば、アルミノシリケート;ボロアルミノシリケート、チタノアルミノシリケート、バナジウムアルミノシリケート、マンガンアルミノシリケート、鉄アルミノシリケート、亜鉛アルミノシリケート、ガリウムアルミノシリケート、スズアルミノシリケート等のメタロアルミノシリケート;ボロシリケート、チタノシリケート、バナジウムシリケート、マンガンシリケート、鉄シリケート、亜鉛シリケート、ガリウムシリケート、スズシリケート等のメタロシリケートが用いられる。これらのうち、工業レベルで入手が容易なことから、好ましくはアルミノシリケートが用いられる。 The composition of the zeolite is not particularly limited, and examples thereof include aluminosilicates; metalloaluminosilicates such as boroaluminosilicate, titanoaluminosilicate, vanadium aluminosilicate, manganese aluminosilicate, iron aluminosilicate, zinc aluminosilicate, gallium aluminosilicate, and tin aluminosilicate; and metallosilicates such as borosilicate, titanosilicate, vanadium silicate, manganese silicate, iron silicate, zinc silicate, gallium silicate, and tin silicate. Of these, aluminosilicates are preferably used because they are easily available on an industrial level.

ここで、上記のアルミノシリケートは、一般にM2/nO・Al・xSiO・yHO(nは陽イオンMの原子価、xは2以上の数、yは吸着水量を表わす。)の組成で表され、陽イオンMがプロトン型のアルミノシリケートが好ましく用いられる。また、xはSiO/Al比と呼ばれ、ゼオライトの耐熱性、耐酸性、固体酸性や反応性を表す指標となる数値である。その範囲はNH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であれば、特に限定はなく、炭素数分布がC1~C20の比較的低級の脂肪族炭化水素の収量が高くなることから、SiO/Al比が好ましくは100以上、さらに好ましくは200以上のプロトン型アルミノシリケートである。その際のSiO/Al比が100以上のプロトン型アルミノシリケートの製造法は、特に限定されず、例えば、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水の混合物を密閉系で加熱する水熱合成法でアルミノシリケートが合成される。水熱合成法では構造的に安定なSiO/Al比が5~50のアルミナシリケートが生成することが多いことから、水熱(スチーム)処理や酸処理等の様々な手法で所望のSiO/Al比が100以上のアルミナシリケートが合成される。水熱合成で生成したアルミナシリケートは陽イオンMがアルカリ金属であることから、プロトン型への転換は、アンモニウム型にイオン交換後、加熱する方法や酸処理による方法で容易に行われる。 Here, the above -mentioned aluminosilicate is generally represented by a composition of M2 /nO.Al2O3.xSiO2.yH2O ( n represents the valence of the cation M, x represents a number equal to or greater than 2, and y represents the amount of adsorbed water), and an aluminosilicate in which the cation M is a proton type is preferably used. In addition, x is called the SiO2 / Al2O3 ratio , and is a numerical value that serves as an index of the heat resistance, acid resistance, solid acidity, and reactivity of the zeolite. There is no particular limitation on the range as long as the solid acid amount measured by the NH3 -TPD method is 200 μmol/g or less, and since the yield of relatively low aliphatic hydrocarbons having a carbon number distribution of C1 to C20 is increased, the SiO2 / Al2O3 ratio is preferably 100 or more, and more preferably 200 or more, and is a proton type aluminosilicate. In this case, the method for producing the proton type aluminosilicate having a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 100 or more is not particularly limited, and for example, the aluminosilicate is synthesized by a hydrothermal synthesis method in which a mixture of a silica source, an alumina source, an alkali source, and water is heated in a closed system. Since the hydrothermal synthesis method often produces a structurally stable alumina silicate having a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 5 to 50, a desired alumina silicate having a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 100 or more is synthesized by various techniques such as hydrothermal (steam) treatment and acid treatment. Since the cation M of the alumina silicate produced by hydrothermal synthesis is an alkali metal, conversion to the proton type is easily performed by a method of ion-exchanging the alumina silicate into the ammonium type, followed by heating or an acid treatment.

該ゼオライトは、そのままで高い触媒性能を示すが、効率的にNH-TPD法による固体酸量が調節できることから、陽イオンMが周期律表第IA族およびIIA族に属する金属から選択される少なくとも1種以上の金属を含有することが好ましい。その含有率はNH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であれば、特に限定はなく、0.05~5.0wt%のゼオライトであることが好ましい。これら金属の内、炭素数分布がC1~C20の比較的低級の脂肪族炭化水素の収量が高く、しかも耐熱性が高いことからカルシウムおよびナトリウムであることがさらに好ましい。周期律表第IA族およびIIA族に属する金属から選択される少なくとも1種以上の金属を含有するアルミノシリケートの製造法は、特に限定されず、上記のプロトン型アルミナシリケートを用い、イオン交換法により金属を導入する方法が用いられる。また、その金属含有率は所望の含有率になるようイオン交換する金属の量を適宜使用すればよい。 The zeolite shows high catalytic performance as it is, but since the solid acid amount by the NH 3 -TPD method can be efficiently adjusted, it is preferable that the cation M contains at least one metal selected from metals belonging to Groups IA and IIA of the periodic table. The content is not particularly limited as long as the solid acid amount by the NH 3 -TPD method is 200 μmol/g or less, and it is preferable that the zeolite has a content of 0.05 to 5.0 wt%. Among these metals, calcium and sodium are more preferable because they have a high yield of relatively low aliphatic hydrocarbons with a carbon number distribution of C1 to C20 and are also highly heat-resistant. The method for producing an aluminosilicate containing at least one metal selected from metals belonging to Groups IA and IIA of the periodic table is not particularly limited, and a method of introducing a metal by ion exchange using the above-mentioned proton-type alumina silicate is used. In addition, the amount of metal to be ion-exchanged may be appropriately selected so that the metal content is the desired content.

また、該ゼオライトは、精密にNH-TPD法による固体酸量が調節できることから、その表面OH基の一部又は全部をシリル化処理したゼオライトであることが好ましく、ゼオライトのシリル化処理は、特に限定されず、例えば、上記のプロトン型アルミノシリケートを用いて、ヘキサメチルシラザン、トリメチルシリルクロリド、t-ブチルジメチルクロロシラン、ブチルクロロジメチルシラン等のシリル化剤で適宜処理すれば、容易に処理が可能である。 Furthermore, since the solid acidity of the zeolite can be precisely adjusted by the NH 3 -TPD method, it is preferable that the zeolite is one in which some or all of the surface OH groups have been silylated. The silylation treatment of the zeolite is not particularly limited, and the zeolite can be easily treated, for example, by using the above-mentioned proton-type aluminosilicate and appropriately treating it with a silylating agent such as hexamethylsilazane, trimethylsilyl chloride, t-butyldimethylchlorosilane, or butylchlorodimethylsilane.

また、該(2)工程の態様としては特に効率的な分解を可能とすることから、少なくとも(イ)工程;加熱溶融炭化水素系プラスチックを無酸素かつ無触媒で加熱分解を行う第1分解工程、(ロ)工程;(イ)工程の後、ゼオライトと接触・加熱分解し、加熱分解生成物とする第2分解工程、とする(イ)工程及び(ロ)工程を経るプロセスとすることが好ましい。その際の好ましい態様としての概略図を図2に示す。ここで、(イ)工程の装置は特に限定されず、熱媒ジャケットや加熱ヒーターで加温した1軸や2軸の押出し溶融機、攪拌式オートクレーブ等の加熱分解装置が好ましく用いられる。温度は特に制限されるものではなく、より効率的に加熱分解が進行することから200~600℃の範囲が好ましく、より低分子量化が進行することから250~500℃の範囲がより好ましい。反応圧力にも制限はなく、例えば常圧~5MPa程度の圧力範囲で運転が可能である。また、加熱溶融した炭化水素系プラスチックとゼオライトを供給する際には、窒素等の不活性ガスにより希釈したものとして用いることもできる。 In addition, as an embodiment of the step (2), since it enables particularly efficient decomposition, it is preferable to have a process that includes at least step (A), a first decomposition step in which the heated and molten hydrocarbon plastic is decomposed without oxygen and without a catalyst, and step (B), a second decomposition step in which the heated and molten hydrocarbon plastic is contacted with zeolite and decomposed by heat after step (A), to obtain a decomposition product. A schematic diagram of a preferred embodiment is shown in Figure 2. Here, the device for step (A) is not particularly limited, and a thermal decomposition device such as a single-screw or twin-screw extrusion melter heated by a heat medium jacket or a heater, or an agitation autoclave is preferably used. The temperature is not particularly limited, and a range of 200 to 600 ° C is preferable because the thermal decomposition proceeds more efficiently, and a range of 250 to 500 ° C is more preferable because the molecular weight is further reduced. There is no limit to the reaction pressure, and operation is possible within a pressure range of, for example, normal pressure to about 5 MPa. In addition, when supplying the heated and melted hydrocarbon plastic and zeolite, they can also be diluted with an inert gas such as nitrogen.

また、(ロ)工程の装置も特に限定されず、固定床流通式の触媒反応プロセスが好ましく用いられる。ゼオライトの形状は、如何なるものであってもよく、ハンドリングが容易なことから、粒状が好ましく、例えば円柱形状、円筒形状、三角柱形状,四角柱形状,五角柱形状,六角柱形状等の多角柱形状、中空多角柱形状、球形状等を挙げることができ、中でも、連続生産性に優れ、かつ圧壊強度の高い触媒となることから円柱形状、円筒形状であることが好ましい。また、その直径,幅,長さ等のサイズ、嵩密度,真密度等の密度としては充填効率等を考慮し任意に選択可能であり、特に(3)工程に適した炭素数分布の脂肪族炭化水素を供給することが可能となる触媒となることから、径1.0~10mmの円柱形状又は厚さ0.5~5.0mmの円筒形状を有するものであることが好ましい。温度は特に制限されるものではなく、より効率的に加熱分解が進行することから200~600℃の範囲が好ましく、より低分子量化が進行することから250~500℃の範囲がより好ましい。反応圧力にも制限はなく、例えば常圧~5MPa程度の圧力範囲で運転が可能である。そして加熱分解生成物の供給は、該ゼオライト触媒体積に対し加熱分解生成物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。その際には、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。 The apparatus for step (b) is not particularly limited, and a fixed-bed flow-type catalytic reaction process is preferably used. The shape of the zeolite may be any, and is preferably granular because it is easy to handle, and examples of such shapes include a cylindrical shape, a cylindrical shape, a polygonal prism shape such as a triangular prism shape, a square prism shape, a pentagonal prism shape, and a hexagonal prism shape, a hollow polygonal prism shape, and a spherical shape. Among these, a cylindrical shape or a cylindrical shape is preferable because it is excellent in continuous productivity and has a high crushing strength. The size such as the diameter, width, and length, and the density such as the bulk density and true density can be arbitrarily selected in consideration of the packing efficiency, and the catalyst is preferably one having a cylindrical shape with a diameter of 1.0 to 10 mm or a cylindrical shape with a thickness of 0.5 to 5.0 mm, because it is capable of supplying aliphatic hydrocarbons with a carbon number distribution suitable for step (3). The temperature is not particularly limited, and is preferably in the range of 200 to 600°C because the thermal decomposition proceeds more efficiently, and more preferably in the range of 250 to 500°C because the molecular weight reduction proceeds more efficiently. There is no restriction on the reaction pressure, and operation is possible within a pressure range of, for example, normal pressure to about 5 MPa. The supply of the pyrolysis product is not particularly restricted in terms of the ratio of the volume of the pyrolysis product gas to the volume of the zeolite catalyst, and can be, for example, a space velocity of about 1 h -1 to 50,000 h -1 . In this case, the pyrolysis product can be used after being diluted with a single or mixed gas selected from an inert gas such as nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide.

また、前記(イ)工程と(ロ)工程との間に加熱分解物を蒸留により高沸点成分と低沸点成分に分離する工程を有し、(ロ)工程が、高沸点成分とゼオライトとを接触・加熱分解するものであり、更に(ニ)工程として、(イ)工程の低沸点成分と(ロ)工程の分解物を混合し、加熱分解生成物とする工程を経るプロセスも、より好ましい態様であり、その概略図を図3に示す。ここで、蒸留は加熱溶融炭化水素系プラスチックを無酸素かつ無触媒で加熱分解して生成した炭素数分布がC1~C30と広い分布範囲の脂肪族炭化水素の内、高沸点成分と低沸点成分に分離できれば、一般的な蒸留形式で構わない。 In addition, a more preferred embodiment of the process includes a step between steps (A) and (B) of separating the pyrolysis product into high-boiling and low-boiling components by distillation, in which step (B) brings the high-boiling component into contact with zeolite and pyrolyzes it, and further includes a step (D) of mixing the low-boiling component from step (A) with the decomposition product from step (B) to obtain a pyrolysis product, as shown in a schematic diagram in Figure 3. Here, any ordinary distillation method can be used as long as it can separate the aliphatic hydrocarbons, which have a wide carbon number distribution of C1 to C30 and are produced by pyrolyzing the heat-molten hydrocarbon plastic without oxygen or catalyst, into high-boiling and low-boiling components.

(イ)工程では、加熱溶融炭化水素系プラスチックを無酸素かつ無触媒で加熱分解を行うことから、炭素数分布がC1~C30と広い分布範囲の脂肪族炭化水素が生成する。この内、C1~C15の比較的低級の脂肪族炭化水素、即ち低沸点成分を蒸留で分離し、(ニ)工程に供給する加熱分解物の一部として用いる。一方、C16~C30の比較的高級の脂肪族炭化水素、即ち高沸点成分は、NH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であるゼオライトに接触し、接触・加熱分解して生成した加熱分解物も(ニ)工程に供給する加熱分解生成物の一部として用いる。(イ)工程と(ロ)工程との間に加熱分解物を蒸留により高沸点成分と低沸点成分に分離する工程を加えることにより、NH-TPD法による固体酸量が200μmol/g以下であるゼオライトに係る負担が軽くなり、該ゼオライト触媒の劣化が抑制できるメリットがある。 In step (A), the heat-molten hydrocarbon plastic is pyrolyzed without oxygen and without a catalyst, so that aliphatic hydrocarbons with a wide carbon number distribution of C1 to C30 are produced. Of these, the relatively low aliphatic hydrocarbons of C1 to C15, i.e., the low boiling point components, are separated by distillation and used as part of the pyrolysis product to be supplied to step (D). On the other hand, the relatively high aliphatic hydrocarbons of C16 to C30, i.e., the high boiling point components, are contacted with a zeolite having a solid acidity of 200 μmol/g or less by the NH 3 -TPD method, and the pyrolysis product produced by contact and pyrolysis is also used as part of the pyrolysis product to be supplied to step (D). By adding a step of separating the pyrolysis product into high boiling point components and low boiling point components by distillation between steps (A) and (B), the burden on the zeolite having a solid acidity of 200 μmol/g or less by the NH 3 -TPD method is reduced, and there is an advantage in that the deterioration of the zeolite catalyst can be suppressed.

本発明の製造方法を構成する(3)工程は、加熱分解生成物を前記(i)~(iv)の特性を満足するゼオライトを含む触媒に加熱条件下で接触することにより、高選択的に低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素、特に炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素を同時に製造することが可能となるものであり、その際の反応温度は特に制限されるものではなく、より効率的な製造方法となることから350~650℃の範囲が好ましく、有用成分の選択率が高くなることから500~600℃の範囲がより好ましい。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。そして加熱分解生成物の供給は、該触媒体積に対し原加熱分解生成物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。その際には、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。また、その際の反応装置としては限定はなく、熱媒ジャケットや加熱ヒーターで加温した1軸や2軸の押出し溶融機、攪拌式オートクレーブ等の加熱分解装置を挙げることができる。 The step (3) constituting the production method of the present invention is a step in which the pyrolysis product is contacted under heating conditions with a catalyst containing a zeolite that satisfies the characteristics (i) to (iv) above, thereby making it possible to simultaneously produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, particularly olefins, paraffins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, with high selectivity. The reaction temperature at this time is not particularly limited, and is preferably in the range of 350 to 650 ° C. because it is a more efficient production method, and more preferably in the range of 500 to 600 ° C. because it increases the selectivity of useful components. There is also no limit to the reaction pressure, and operation is possible within a pressure range of, for example, about 0.05 MPa to 5 MPa. The supply of the pyrolysis product is not particularly limited as the ratio of the volume of the raw pyrolysis product gas to the volume of the catalyst, and can be, for example, a space velocity of about 1 h -1 to 50,000 h -1 . In this case, it can also be used after dilution with a single or mixed gas selected from an inert gas such as nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide. The reaction apparatus used in this case is not limited, and examples thereof include a single-screw or twin-screw extruder melter heated by a heat medium jacket or heater, and a thermal decomposition apparatus such as an agitator autoclave.

そして、(3)工程における触媒に含まれるゼオライトは、(i)平均粒子径(以下、PDと記す場合がある。)≦100nmのものであり、特に熱安定性にも優れる触媒となることから、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、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素への転換効率に劣るものとなる。 The zeolite contained in the catalyst in step (3) has (i) an average particle diameter (hereinafter sometimes referred to as PD) ≦100 nm, and since it is a catalyst with particularly excellent thermal stability, it is desirable that 5 nm ≦ PD ≦ 100 nm. Here, if the PD exceeds 100 nm, the conversion efficiency of the thermal decomposition products of the hydrocarbon-based plastic to lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons will be poor.

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PD=6/S×(1/(2.29×10)+0.18×10-6)(Sは外表面積(m/g)を示すものである。)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。 The method for measuring PD in the present invention is not limited, and any method can be used, such as a method of randomly selecting 100 or more particles from a photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) and determining the average diameter thereof, or a method of calculating PD from the external surface area of the zeolite using PD = 6/S x (1/(2.29 x 10 6 ) + 0.18 x 10 -6 ) (S represents the external surface area (m 2 /g)).

なお、外表面積(S(m/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ことができる。 The external surface area (S (m 2 /g)) 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 can be 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.

また、該ゼオライトは、(ii)MFI型またはMEL型の10員環細孔ゼオライトである。ここで、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が、またMEL型ゼオライトとしては同構造コードMELに属するアルミノシリケート化合物を挙げることができる。ここで、MFI型またはMEL型の10員環細孔ゼオライト以外のゼオライトを含むものである場合、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の転換反応の効率に劣るものとなる。 The zeolite is (ii) an MFI or MEL type 10-membered ring pore zeolite. Here, MFI type zeolites include aluminosilicate compounds that belong to the structure code MFI defined by the International Zeolite Association, and MEL type zeolites include aluminosilicate compounds that belong to the same structure code MEL. Here, if the zeolite contains a zeolite other than MFI or MEL type 10-membered ring pore zeolites, the conversion reaction of the pyrolysis products of hydrocarbon plastics will be less efficient.

該ゼオライトは、(iii)外表面のブレンステッド酸量(以下、B酸量と記す場合がある。)が0.1~10.0μmol/gであり、特定の範囲内の外表面B酸量を有することで特に優れた触媒性能を示すものとなる。ここで、外表面B酸量が0.1μmol/g未満である場合、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の転換を行う際の生産効率や触媒性能に劣るものとなる。一方、10.0μmol/gよりも大きい場合、触媒表面における副反応やコーキングが生じやすく、触媒性能として不十分なものとなる。 The zeolite (iii) has an outer surface Bronsted acid amount (hereinafter sometimes referred to as B acid amount) of 0.1 to 10.0 μmol/g, and by having an outer surface B acid amount within a specific range, the zeolite exhibits particularly excellent catalytic performance. Here, if the outer surface B acid amount is less than 0.1 μmol/g, the production efficiency and catalytic performance when converting the thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics will be inferior. On the other hand, if it is more than 10.0 μmol/g, side reactions and coking will easily occur on the catalyst surface, resulting in insufficient catalytic performance.

そして、該ゼオライトにおいては、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の転換効率、特に炭素数2~8の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素への選択性に優れる触媒となることから(iv)B酸量が0.01~1.0mmol/gであるものが好ましく、更に0.1~1.0mmol/gであるものが好ましい。 The zeolite is a catalyst with excellent conversion efficiency for pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics, particularly excellent selectivity to lower aliphatic and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, so (iv) the amount of B acid is preferably 0.01 to 1.0 mmol/g, and more preferably 0.1 to 1.0 mmol/g.

ここで、ゼオライトのB酸量とは、ブレンステッド酸点(以下、B酸点と記す場合がある。)の量を示すものであり、ゼオライトに存在する酸性OH基を示すものである。通常、ゼオライトは、その外表面及び(ミクロ)細孔内にB酸点を有するものである。そして、外表面にB酸点をわずかしか有さないものとは、そのB酸点はそのほとんどが(ミクロ)細孔内に存在することを意味するものである。 The B acid amount of a zeolite refers to the amount of Bronsted acid sites (hereinafter sometimes referred to as B acid sites), and indicates the acidic OH groups present in the zeolite. Normally, a zeolite has B acid sites on its outer surface and within its (micro)pores. And when a zeolite has only a few B acid sites on its outer surface, this means that most of the B acid sites are present within the (micro)pores.

該ゼオライトにおける外表面のB酸量の確認方法としては、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B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。2,4-ジメチルキノリンは、ゼオライト(細孔内を含む)に存在するB酸点(酸性OH基)との吸着性質を有している。しかし、MFI型のようにゼオライトの(ミクロ)細孔径が2,4-ジメチルキノリン分子より小さい場合、(ミクロ)細孔内に侵入することができず、(ミクロ)細孔内のB酸点と吸着することは出来ない。つまり、ゼオライトの外表面のB酸点のみと吸着するものとなる。よって、MFI型ゼオライトの外表面のB酸点への2,4-ジメチルキノリンの吸着量を求めることで、外表面のB酸量を定量することができる。 The amount of B acid on the outer surface of the zeolite can be confirmed by any method that allows such confirmation. For example, it can be confirmed by adsorption of 2,4-dimethylquinoline, which has an adsorption property to B acid sites. 2,4-dimethylquinoline has an adsorption property to B acid sites (acidic OH groups) present in zeolite (including within the pores). However, when the (micro)pore diameter of the zeolite is smaller than the 2,4-dimethylquinoline molecule, as in the case of MFI type, it cannot enter the (micro)pore and cannot be adsorbed to the B acid sites within the (micro)pore. In other words, it is only adsorbed to the B acid sites on the outer surface of the zeolite. Therefore, the amount of B acid on the outer surface can be quantified by determining the amount of 2,4-dimethylquinoline adsorbed to the B acid sites on the outer surface of MFI type zeolite.

より具体的な方法としては、ゼオライトの前処理として400℃で2時間の脱気・脱水処理を行ったゼオライトの150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。そして、脱気・脱水処理を行ったゼオライトに2,4-ジメチルキノリンガスを導入して30分間吸着させ、150℃での排気により余剰2,4-ジメチルキノリンを除き、2,4-ジメチルキノリン吸着ゼオライトの調製を行い150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。つまり、2,4-ジメチルキノリン吸着前後の赤外吸収の差スペクトルにおいて、3600~3650cm-1の範囲で赤外線吸収の差(減少)を定量することで、外表面のB酸量を得ることができる。なお、2,4-ジメチルキノリンはゼオライト表面のOH部位にも吸着するが、OHのO-H伸縮振動に由来する吸収は、3700~3800cm-1に観測される。一方、ゼオライトの外表面のB酸点のO-H伸縮振動に由来する吸収は、3600~3650cm-1に観測され、2,4-ジメチルキノリンを吸着してB酸点のO-H伸縮振動に由来する吸収3600~3650cm-1の範囲に赤外吸収スペクトルの減少がみられることは、2,4-ジメチルキノリンがゼオライトの外表面のB酸点に吸着したことを示す。 As a more specific method, the infrared absorption spectrum of zeolite that has been subjected to degassing and dehydration treatment at 400°C for 2 hours as a pretreatment of the zeolite is measured at 150°C. Then, 2,4-dimethylquinoline gas is introduced into the degassed and dehydrated zeolite and adsorbed for 30 minutes, and the excess 2,4-dimethylquinoline is removed by evacuation at 150°C to prepare 2,4-dimethylquinoline-adsorbed zeolite, and the infrared absorption spectrum is measured at 150°C. That is, the amount of B acid on the outer surface can be obtained by quantifying the difference (reduction) in infrared absorption in the range of 3600 to 3650 cm -1 in the difference spectrum of infrared absorption before and after 2,4-dimethylquinoline adsorption. Note that 2,4-dimethylquinoline is also adsorbed to the OH site on the zeolite surface, but the absorption due to the O-H stretching vibration of OH is observed at 3700 to 3800 cm -1 . On the other hand, absorption due to the O-H stretching vibration of the acid site B on the outer surface of the zeolite was observed at 3600 to 3650 cm -1 , and a decrease in the infrared absorption spectrum in the range of 3600 to 3650 cm -1 due to the O-H stretching vibration of the acid site B upon adsorption of 2,4-dimethylquinoline was observed, which indicates that 2,4-dimethylquinoline was adsorbed to the acid site B on the outer surface of the zeolite.

また、該ゼオライトのB酸量(外表面及び(ミクロ)細孔内に存在するB酸点)の測定方法としては、その測定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B酸点に対する吸着性を有するピリジンの吸着により確認することが可能である。ピリジンは、ゼオライト(細孔内を含む)に存在するB酸点(酸性OH基)との吸着性質を有しており、ゼオライトの(ミクロ)細孔径がピリジンより大きい場合、(ミクロ)細孔内にも侵入することができ、外表面及び(ミクロ)細孔内のB酸点とも吸着出来る。よって、MFI型ゼオライトの細孔内に存在するB酸点も含め、ゼオライトに存在するすべてのB酸量を定量することができる。 The amount of B acid in the zeolite (B acid sites present on the outer surface and in the (micro)pores) can be measured by any method that allows such measurement. For example, it can be confirmed by adsorption of pyridine, which has an adsorption property for B acid sites. Pyridine has an adsorption property with B acid sites (acidic OH groups) present in the zeolite (including in the pores), and when the (micro)pore diameter of the zeolite is larger than that of pyridine, it can also enter the (micro)pores and adsorb to the B acid sites on the outer surface and in the (micro)pores. Therefore, it is possible to quantify the amount of all B acid present in the zeolite, including the B acid sites present in the pores of MFI-type zeolite.

より具体的な方法としては、ゼオライトの前処理として400℃で2時間の脱気・脱水処理を行ったゼオライトの150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。そして、脱気・脱水処理を行ったゼオライトにピリジンガスを導入して10分間吸着させ、150℃での排気により余剰ピリジンを除き、ピリジン吸着ゼオライトの調製を行い150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。つまり、ピリジン吸着前後の赤外吸収の差スペクトルにおいて、1515~1565cm-1の範囲で赤外線吸収の差(減少)を定量することで、細孔内も含めたB酸量を得ることができる。 In a more specific method, the zeolite is pretreated by degassing and dehydrating it for 2 hours at 400° C., and then infrared absorption spectroscopy is performed at 150° C. Then, pyridine gas is introduced into the degassed and dehydrated zeolite and adsorbed for 10 minutes, and the excess pyridine is removed by evacuation at 150° C. to prepare pyridine-adsorbed zeolite, and infrared absorption spectroscopy is performed at 150° C. In other words, the amount of B acid, including that in the pores, can be obtained by quantifying the difference (reduction) in infrared absorption in the range of 1515 to 1565 cm −1 in the difference spectrum of infrared absorption before and after pyridine adsorption.

そして、(3)工程におけるゼオライトは、特に炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の転換効率、炭素数2~8の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の選択性に優れる触媒となることから、外表面に僅かなB酸点を有し、B酸点のほとんどが(ミクロ)細孔内に存在するものであることが好ましく、その外表面に存在するB酸点は、全B酸点の1~10%のものであることが好ましい。なお、外表面のB酸点の割合は、上述したゼオライトの外表面のB酸量を、ゼオライト(細孔内を含む)に存在するB酸量の割合として求められる。 The zeolite in step (3) is a catalyst that is particularly excellent in conversion efficiency of pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics and selectivity to lower aliphatic and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms. Therefore, it is preferable that the zeolite has a small number of B acid sites on its outer surface, with most of the B acid sites being present within (micro)pores, and it is preferable that the B acid sites present on the outer surface account for 1 to 10% of the total B acid sites. The proportion of B acid sites on the outer surface is calculated by taking the amount of B acid on the outer surface of the zeolite described above as the proportion of the amount of B acid present in the zeolite (including within the pores).

該ゼオライトの製造方法としては、上記(i)~(iv)に記載の特性を満足するゼオライトの製造が可能であれば如何なる方法をも用いることは可能である。そして、外表面に特定量の微量のB酸点を有するゼオライト、つまり、ゼオライト表面のB酸点の選択的な除去方法としては、(i)~(ii)の特性を満足するゼオライトを製造する際の焼成処理(熱処理)の一部又は全部を水熱(スチーム)処理とし、該焼成処理の前後にイオン交換処理を付加する方法を挙げることができる。 As a method for producing the zeolite, any method can be used as long as it is possible to produce a zeolite that satisfies the characteristics described in (i) to (iv) above. As a method for selectively removing B acid sites from the zeolite surface, that is, a zeolite that has a specific amount of B acid sites on its outer surface, a method in which part or all of the calcination treatment (heat treatment) when producing a zeolite that satisfies the characteristics (i) to (ii) is performed as a hydrothermal (steam) treatment, and an ion exchange treatment is added before or after the calcination treatment, can be mentioned.

そして、(i)~(ii)の特性を満足するゼオライトの合成方法としては、一般的な公知の方法を用いることにより、PD≦100nm、MFI型またはMEL型の10員環細孔の骨格構造を有するゼオライトとすることができる。具体的にはカチオンとしてアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む化合物、有機構造指向剤とアルミノシリケートゲルとを混合し、得られた結晶物を焼成することにより製造することができる。その際のアルカリ金属、アルカリ土類金属を含む化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を挙げることでき、中でも水酸化ナトリウムが好ましい。有機構造指向剤としては、例えばテトラプロピルアンモニウム水酸化物、テトラブチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物等を挙げることができる。また、アルミノシリケートゲルとしては、例えば不定形アルミノシリケートゲル等を挙げることができる。 As a method for synthesizing a zeolite satisfying the characteristics (i) to (ii), a zeolite having a PD≦100 nm, MFI type or MEL type 10-membered ring pore framework structure can be obtained by using a general known method. Specifically, the zeolite can be produced by mixing a compound containing an alkali metal and/or alkaline earth metal as a cation, an organic structure directing agent, and an aluminosilicate gel, and firing the resulting crystals. In this case, examples of the compound containing an alkali metal or alkaline earth metal include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, etc., and among these, sodium hydroxide is preferred. Examples of the organic structure directing agent include tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, etc. In addition, examples of the aluminosilicate gel include amorphous aluminosilicate gel, etc.

さらに、(i)~(iv)の特性を満足するゼオライトとする際には、上記により得られた結晶物を焼成する前にイオン交換を行い、焼成の際の一部又は全部を水熱処理とし、その後、更にイオン交換を行う方法、上記により得られた結晶物を焼成した後にイオン交換を行いプロトン型ゼオライトとし、その後に水熱雰囲気下で焼成を行う方法、等により製造することが可能となる。 Furthermore, when making a zeolite that satisfies the characteristics (i) to (iv), it is possible to produce it by a method in which ion exchange is performed before calcining the crystals obtained by the above method, and then a part or all of the calcination is hydrothermal treated, and then further ion exchange is performed, or a method in which ion exchange is performed after calcining the crystals obtained by the above method to make a proton-type zeolite, and then calcining in a hydrothermal atmosphere.

その際の焼成条件としては、処理温度としては300~900℃が好ましく、特に400~700℃であることが好ましい。処理時間は、工業的には好ましくは5分~25時間である。雰囲気としては、例えば窒素、空気、酸素、アルゴン、その他不活性ガスのうち一つもしくは二つ以上の組み合わせのガスをも挙げることができる。そして、該焼成工程の一部又は全部は水熱(スチーム)処理を行うことにより、B酸点のアルミニウムが脱離される。水熱処理の処理温度としては400~750℃が好ましく、特に500~650℃が好ましい。また、水蒸濃度は5~100%が好ましく、特に10~80%であることが好ましい。 The calcination conditions are preferably a treatment temperature of 300 to 900°C, and more preferably 400 to 700°C. The treatment time is preferably 5 minutes to 25 hours from an industrial perspective. The atmosphere may be, for example, one or a combination of two or more of nitrogen, air, oxygen, argon, and other inert gases. A part or all of the calcination process is subjected to hydrothermal (steam) treatment, which causes aluminum at the B acid site to be desorbed. The treatment temperature for the hydrothermal treatment is preferably 400 to 750°C, and more preferably 500 to 650°C. The steam concentration is preferably 5 to 100%, and more preferably 10 to 80%.

また、イオン交換は、焼成工程の前後に行うものであり、複数回のイオン交換に分割して行ってもよい。また、イオン交換は、塩化アンモニウム、塩酸、硝酸等の酸を用いたイオン交換が挙げられ、塩酸、硝酸によるものが好ましい。また、イオン交換は水での洗浄で代用することもできる。 Ion exchange is carried out before or after the calcination step, and may be divided into multiple ion exchanges. Examples of ion exchange include ion exchange using an acid such as ammonium chloride, hydrochloric acid, or nitric acid, with hydrochloric acid and nitric acid being preferred. Ion exchange can also be substituted by washing with water.

(3)工程で用いられるゼオライトは、そのままで高い触媒性能を示すが、更に高い耐コーキング性や触媒寿命を示す触媒となることから、(v)ナトリウム、カリウム、カルシウム、銀、亜鉛から選択される少なくとも1種以上の金属を含有していても良く、その含有率が0.05~5.0wt%の金属含有ゼオライトであることが好ましい。これら金属の内、炭素数2~8の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の選択性が高まることから、亜鉛及び/またはカルシウム含有ゼオライトであることがさらに好ましい。また、該金属を含有させる際の導入方法としては限定されるものではなく、例えば、含侵担持、イオン交換、物理混合、蒸着等のいずれの方法でも可能である。 The zeolite used in step (3) exhibits high catalytic performance as is, but may contain at least one metal selected from (v) sodium, potassium, calcium, silver, and zinc to provide a catalyst with even higher coking resistance and catalytic life, and is preferably a metal-containing zeolite with a metal content of 0.05 to 5.0 wt %. Of these metals, zinc- and/or calcium-containing zeolite is more preferable because it enhances the selectivity for lower aliphatic and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms. The method of introducing the metal is not limited, and any method such as impregnation, ion exchange, physical mixing, and vapor deposition is possible.

そして、(3)工程の触媒とする際には、その取り扱い性、触媒性能に優れる触媒となることから成形体としての形状付与を行うことが好ましい。形状付与を行う際には如何なる方法により成形してもよく、例えば、ゼオライト粉末をそのまま圧縮成形等により所定形状に成形し成形体とする方法、所定割合のバインダーをゼオライトに混合し、場合によっては更なる添加剤等を所定割合で混合し、その混合物を所定形状に成形し成形体とする方法、さらには焼結を付随し成形体とする方法などを挙げることが出来る。成形体としての成形性に優れることはもとより、高い圧壊強度を示しその取り扱い性、触媒寿命にも優れるものとなることから、該ゼオライト及びバインダーとからなる成形体であることが好ましく、より良好な触媒性能を示すものとなることから該ゼオライト及びシリカとからなる成形体であることがより好ましい。その際のシリカとしては、シリカと称される範疇に属するものであれば如何なるものであってもよく、特定の結晶構造を有するもの、また、非結晶性のものであってもよい。さらに、シリカの粒子径や凝集径等に関しても如何なる制限もない。また、該ゼオライトとシリカの配合割合は任意であり、中でも特に優れた触媒性能、取り扱い性、触媒寿命を示すゼオライト触媒となることから、該ゼオライト:シリカ=50~95:50~5(重量割合)であることが好ましく、特に60~90:40~10であることが好ましい。 When the catalyst is used in the (3) step, it is preferable to give the zeolite a shape as a molded body, since the catalyst has excellent handling properties and catalytic performance. When giving the shape, any method may be used for molding, such as a method of molding the zeolite powder into a predetermined shape by compression molding, a method of mixing a predetermined ratio of a binder with the zeolite, and optionally mixing further additives in a predetermined ratio, and molding the mixture into a predetermined shape to give a molded body, and a method of sintering the mixture to give a molded body. In addition to excellent moldability as a molded body, it is preferable to use a molded body made of the zeolite and a binder, as it has high crushing strength and is easy to handle and has excellent catalytic life, and it is more preferable to use a molded body made of the zeolite and silica, as it shows better catalytic performance. The silica in this case may be any type that belongs to the category called silica, and may have a specific crystal structure or may be non-crystalline. Furthermore, there is no restriction on the particle size or agglomeration size of the silica. The mixing ratio of the zeolite and silica is arbitrary, but since this produces a zeolite catalyst that exhibits particularly excellent catalytic performance, ease of handling, and catalyst life, it is preferable for the zeolite:silica ratio to be 50-95:50-5 (weight ratio), and it is particularly preferable for the ratio to be 60-90:40-10.

該ゼオライト触媒は、その形状が如何なるものであってもよく、例えば円柱形状、円筒形状、三角柱形状,四角柱形状,五角柱形状,六角柱形状等の多角柱形状、中空多角柱形状、球形状等を挙げることができ、中でも、連続生産性に優れ、かつ圧壊強度の高い触媒となることから円柱形状、円筒形状であることが好ましい。また、その直径,幅,長さ等のサイズ、嵩密度,真密度等の密度としては充填効率等を考慮し任意に選択可能であり、特に石油化学製品として有用な炭素数2~8の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素等を有効に製造することが可能となる触媒となることから、径1.0~10mmの円柱形状又は厚さ0.5~5.0mmの円筒形状を有するものであることが好ましい。(3)工程のゼオライト触媒は触媒活性が高く、触媒寿命が延長できることから、NH-TPD法による固体酸量が10~150が好ましく、20~100がさらに好ましい。 The zeolite catalyst may have any shape, for example, a cylindrical shape, a cylindrical shape, a polygonal prism shape such as a triangular prism shape, a square prism shape, a pentagonal prism shape, a hexagonal prism shape, a hollow polygonal prism shape, a spherical shape, etc., and among them, a cylindrical shape or a cylindrical shape is preferable because it is a catalyst with excellent continuous productivity and high crushing strength. In addition, the size such as the diameter, width, length, etc., and the density such as the bulk density and true density can be arbitrarily selected in consideration of the packing efficiency, etc., and it is preferable that the zeolite catalyst has a cylindrical shape with a diameter of 1.0 to 10 mm or a cylindrical shape with a thickness of 0.5 to 5.0 mm, because it is a catalyst that can effectively produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, which are particularly useful as petrochemical products. The zeolite catalyst in the step (3) has a solid acidity of preferably 10 to 150, more preferably 20 to 100, as determined by the NH 3 -TPD method, because it has high catalytic activity and can extend the catalyst life.

該(3)工程は、加熱分解生成物を前記(i)~(iv)の特性を満足するゼオライトを含む触媒に加熱条件下で接触することにより、高選択的に低級炭化水素及び芳香族炭化水素、特に炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素を製造することが可能である。その際の反応温度は特に制限されるものではなく、より効率的な製造方法となることから350~650℃の範囲が好ましく、有用成分の選択率が高くなることから500~600℃の範囲がより好ましい。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。そして加熱分解生成物の供給は、該触媒体積に対し原加熱分解生成物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。その際には、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 step (3), the pyrolysis product is contacted under heating conditions with a catalyst containing a zeolite that satisfies the characteristics (i) to (iv), whereby it is possible to highly selectively produce lower hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, particularly olefins, paraffins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms. The reaction temperature is not particularly limited, and is preferably in the range of 350 to 650°C since it is a more efficient production method, and more preferably in the range of 500 to 600°C since it increases the selectivity of useful components. 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 the pyrolysis product is not particularly limited as the ratio of the volume of the raw pyrolysis product gas to the volume of the catalyst, and can be, for example, a space velocity of about 1 h -1 to 50,000 h -1 . In that case, it can also be used after dilution with a single or mixed gas selected from an inert gas such as nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide.

本発明の製造方法において、製造される低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素としては、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素であることが好ましく、例えばエタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のパラフィン;エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン等のオレフィン;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、エチルトルエン等の芳香族炭化水素を挙げることができる。 In the production method of the present invention, the lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons produced are preferably olefins, paraffins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, such as paraffins such as ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, and octane; olefins such as ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, heptene, and octene; and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, trimethylbenzene, ethylbenzene, and ethyltoluene.

本発明の製造方法により、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物の低分子量化および環化脱水素反応が効率良く進行し、石油化学製品として有用な低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素が高選択的に、特に60%以上の選択率で製造することが可能となる。また、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の各成分がバランス良く生成することから、新たな蒸留塔を新設することなく、既設プラントとの効率的な併用運転を行うことが可能になる。具体的には、エチレンプラントの各成分の蒸留塔をフルに活用できることから、過度にナフサクラッカーの稼働率を下げることなく、効率よくエチレンプラントの運転が可能になる。 The manufacturing method of the present invention efficiently reduces the molecular weight of the pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics and causes cyclization dehydrogenation reactions, making it possible to produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons useful as petrochemical products with high selectivity, particularly at a selectivity of 60% or more. In addition, because olefins, paraffins, and aromatic hydrocarbons with carbon numbers of 2 to 8 are produced in a well-balanced manner, it becomes possible to efficiently operate the plant in combination with an existing plant without the need to install a new distillation tower. Specifically, because the distillation towers for each component of the ethylene plant can be fully utilized, it becomes possible to operate the ethylene plant efficiently without excessively reducing the operating rate of the naphtha cracker.

本発明の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法は、炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物より低級炭化水素及び芳香族炭化水素を同時に製造する際に、特定の2種類のゼオライト触媒を用いた特定の工程を経ることで、石油化学製品として有用な炭素数2~8のパラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素を高収率で製造でき、しかも触媒寿命に優れた製造方法となることから、工業的な有用性が期待されるものである。 The method of the present invention for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons uses specific processes using two specific types of zeolite catalysts to simultaneously produce lower hydrocarbons and aromatic hydrocarbons from the thermal decomposition products of hydrocarbon plastics. This process produces paraffins, olefins, and aromatic hydrocarbons with carbon numbers of 2 to 8, which are useful as petrochemical products, in high yields, and has an excellent catalyst life, making it an expected industrially useful method.

;低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法の一例を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a process for the simultaneous production of lower aliphatic and aromatic hydrocarbons. ;(2)工程として、(イ)工程及び(ロ)工程を経る低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法の一例を示す概略図。(2) A schematic diagram showing an example of a method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons through steps (a) and (b). ;(2)工程として、(イ)工程と(ロ)工程との間に、更に(ニ)工程を経る低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法の一例を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a process for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, which further includes step (d) between steps (a) and (b).

以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

~NH-TPD法による固体酸量の測定~
酸量の測定は、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行った。装置は、触媒分析装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、商品名:BELCATII)を用い、ヘリウム流通下、500℃で1時間前処理したのち、100℃で30分間アンモニアを吸着させた。その後、バブラーを通過することで水蒸気を含むヘリウム流通下、125℃で60分間処理し、弱酸点に吸着されたアンモニアを除去した。その後、ヘリウム流通下、100℃でパージしたのち、ヘリウム流通下、10℃/分で昇温し昇温脱離量を測定した。検出器には、四重極質量分析計(商品名:BELMASS,マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いた。得られた昇温脱離曲線の脱離温度370℃付近の酸点に由来するピークをガウス関数でフィッティングし、その面積からアンモニア脱離量を求めることで酸量を得た。
- Measurement of solid acidity by NH 3 -TPD method -
The amount of acid was measured by a method conforming to the ammonia-TPD method (see Measurement of solid acidity by ammonia temperature-programmed desorption method, Catalyst, vol. 42, p. 218 (2000)). The device used was a catalyst analyzer (manufactured by Microtrack Bell, product name: BELCATII), and after pretreatment at 500°C for 1 hour under helium flow, ammonia was adsorbed at 100°C for 30 minutes. Thereafter, the mixture was treated at 125°C for 60 minutes under helium flow containing water vapor by passing through a bubbler, and the ammonia adsorbed at the weak acid site was removed. Thereafter, the mixture was purged at 100°C under helium flow, and then the temperature was raised at 10°C/min under helium flow to measure the amount of thermal desorption. A quadrupole mass spectrometer (product name: BELMASS, manufactured by Microtrack Bell) was used as a detector. The peak derived from the acid site near the desorption temperature of 370° C. in the obtained temperature-programmed desorption curve was fitted with a Gaussian function, and the amount of ammonia desorbed was calculated from the area, thereby obtaining the amount of acid.

~平均粒子径(PD)の測定~
平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(以下、TEMと記す場合がある。)及び走査型電子顕微鏡(以下、SEMと記す場合がある。)により測定を行った。TEMは、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、商品名:JEM-2100、加速電圧200kV、観察倍率3万倍)を用い、乳鉢で軽く粉砕した試料をアセトン中に超音波分散し、プラスチック支持膜上に滴下し自然乾燥させたものを検鏡用試料とし、写真を撮影した。写真中の各一次粒子について、最長径とその中点において直角方向の径の平均を測定し、合計300個の粒子の平均を平均粒子径とした。
-Measurement of average particle diameter (PD)-
The average particle size was measured by a transmission electron microscope (hereinafter, sometimes referred to as TEM) and a scanning electron microscope (hereinafter, sometimes referred to as SEM). For the TEM, a transmission electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., product name: JEM-2100, acceleration voltage 200 kV, observation magnification 30,000 times) was used, and a sample lightly crushed in a mortar was ultrasonically dispersed in acetone, dropped onto a plastic support film, and naturally dried to prepare a microscopic sample, which was then photographed. For each primary particle in the photograph, the longest diameter and the average diameter in the perpendicular direction at its midpoint were measured, and the average of a total of 300 particles was taken as the average particle size.

SEMは、走査型電子顕微鏡(株式会社キーエンス製、商品名:VE-9800、加速電圧20kV、観察倍率2000倍)を用い、乳鉢で軽く粉砕した試料を試料台に乗せ、金蒸着させたものを検鏡用試料とし、写真を撮影した。写真中の粒子一辺の長さを150個計測し、その平均値を平均結晶径とした。 For the SEM, a scanning electron microscope (Keyence Corporation, product name: VE-9800, accelerating voltage 20 kV, observation magnification 2000x) was used, and a sample that had been lightly crushed in a mortar was placed on the sample stage, gold was vapor-deposited on it to serve as a specimen for microscopic examination, and a photograph was taken. The length of one side of 150 particles in the photograph was measured, and the average value was taken as the average crystal diameter.

~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。
~ Powder X-ray diffraction measurement ~
The measurements were performed in air using an X-ray diffraction measurement device (Spectris, product name: X'pert PRO MPD) with a tube voltage of 45 kV and a tube current of 40 mA, using CuKα1. The range of 0.04 to 5 degrees was analyzed at 0.08 degrees/step and 200 seconds/step. In addition, the background corrected for the absorption rate of the direct beam was removed.

ピークの有無の確認を目視で行うことにより結晶構造の同定を行った。他の方法として、ピークサーチプログラムを利用してもよい。ピークサーチプログラムは、一般的なプログラムが利用できる。例えば、横軸が2θ(度)、縦軸が強度(a.u.)の測定結果をSAVITSKY&GOLAYの式とSliding Polynomialフィルターで平滑化した後、2次微分を行ったときに、3点以上連続する負の値がある場合、ピークが存在すると判断できる。 The crystal structure was identified by visually checking for the presence or absence of peaks. Alternatively, a peak search program may be used. A common peak search program can be used. For example, when the measurement results, with the horizontal axis being 2θ (degrees) and the vertical axis being intensity (a.u.), are smoothed using the SAVITSKY & GOLAY formula and a sliding polynomial filter, and then the second derivative is taken, if there are three or more consecutive negative values, it can be determined that a peak is present.

~2,4-ジメチルキノリン吸着赤外吸収分光測定(外表面B酸量)~
赤外吸収分光の測定は、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付近のピークがブレンステッド酸に吸着した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、B酸量(μmol/mg)=A・S/(W・ε)(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(cm)、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。)より外表面B酸量を求めた。
~2,4-Dimethylquinoline adsorption infrared absorption spectroscopy measurement (amount of outer surface B acid)~
The infrared absorption spectroscopy was measured by a transmission method using an FT-IR measuring device (product 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, and the change in infrared absorption due to adsorption was measured. In this difference spectrum, the peak near 3600 cm -1 is the absorption spectrum peak of 2,4-dimethylquinoline adsorbed to Brønsted acid. After determining this area intensity, the amount of outer surface B acid was calculated according to the Lambert-Beerr law, using the equation: Amount of B acid (μmol/mg) = A·S/(W·ε) (where A is the peak area intensity of the target peak (cm -1 ), S is the cross-sectional area of the sample (cm 2 ), W is the sample weight (mg), and ε is the integrated extinction coefficient, 3.7 cm·μmol -1 ).

~ピリジン吸着赤外吸収分光測定(全B酸量)~
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。
~ Pyridine adsorption infrared absorption spectroscopy measurement (total amount of B acid) ~
The same apparatus and method were used in the above 2,4-dimethylquinoline adsorption infrared absorption spectroscopy measurement, except that pyridine gas was introduced and allowed to adsorb 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とて、ランベルト-ベア(Lamber-berr)の法則より全B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, and the total amount of B acid was calculated according to the Lambert-Beerr law using an integrated absorption coefficient of 1.67 cm·μmol −1 .

~外表面B酸率~
外表面B酸量を全B酸量で除した割合を外表面B酸率とした。
~Outer surface B acid rate~
The ratio of the amount of outer surface B acid divided by the total amount of B acid was defined as the outer surface B acid ratio.

~SiO/Alモル比、金属導入量の測定~
ゼオライトのSiO/Alモル比および遷移金属の導入量は、ゼオライトをフッ酸と硝酸の混合水溶液で溶解し、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 SiO2 / Al2O3 molar ratio and amount of metal introduced
The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite and the amount of transition metal introduced were determined by dissolving the zeolite in a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid and measuring the results by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) using an ICP apparatus (product name: OPTIMA3300DV, manufactured by PerkinElmer).

~(3)工程で用いたゼオライトを含む触媒寿命の指標となる触媒の活性試験方法~
炭化水素系プラスチックを原料に用い、低級脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素に転換する実験を行った後、(3)工程におけるゼオライトの触媒性能を把握するため、下記のC4留分を用いて触媒活性試験を行った。反応開始1時間後のC4留分の転化率を触媒寿命の指標とした。
~(3) Method for testing catalyst activity as an indicator of catalyst life including zeolite used in step ~
After conducting an experiment in which hydrocarbon plastics were used as a raw material to convert them into lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, a catalytic activity test was conducted using the following C4 fraction in order to grasp the catalytic performance of the zeolite in step (3). The conversion rate of the C4 fraction one hour after the start of the reaction was used as an index of the catalyst life.

(触媒活性試験における触媒反応条件)
C4留分:イソブタン2Nml/分、ノルマルブタン5Nml/分、トランス-2-ブテン8Nml/分、1-ブテン15Nml/分、イソブテン3Nml/分、プロパン7Nml/分、プロピレン2Nml/分
希釈ガス;窒素42Nml/分。
反応温度:530℃。
反応時間:1時間。
(Catalytic reaction conditions in catalytic activity test)
C4 fraction: isobutane 2 Nml/min, normal butane 5 Nml/min, trans-2-butene 8 Nml/min, 1-butene 15 Nml/min, isobutene 3 Nml/min, propane 7 Nml/min, propylene 2 Nml/min. Diluent gas: nitrogen 42 Nml/min.
Reaction temperature: 530°C.
Reaction time: 1 hour.

触媒調製例1
プロトン型のMFI型ゼオライト粉末(東ソー株式会社製、商品名:HSZ-840HOA)を空気下、550℃で1時間焼成後、600℃、30%の水蒸気で処理した。次いで、空気下、550℃で2時間焼成して粉末を得た。
Catalyst Preparation Example 1
Proton-type MFI zeolite powder (manufactured by Tosoh Corporation, product name: HSZ-840HOA) was calcined in air at 550° C. for 1 hour, and then treated with 30% water vapor at 600° C. Then, it was calcined in air at 550° C. for 2 hours to obtain a powder.

触媒調製例2
触媒調製例1により得られたゼオライト粉末を蒸留水に浸し、懸濁液を調製した。この懸濁液に0.2mol/L硝酸ナトリウム水溶液を室温で徐々に添加し、80℃で2時間撹拌することでNaイオン交換を行った。室温に冷却後、濾過、蒸留水で洗浄、乾燥を順次行った後、空気中550℃で4時間焼成し、Naイオンで一部交換したゼオライト粉末を得た。
Catalyst Preparation Example 2
The zeolite powder obtained in Catalyst Preparation Example 1 was immersed in distilled water to prepare a suspension. A 0.2 mol/L aqueous solution of sodium nitrate was gradually added to this suspension at room temperature, and the suspension was stirred at 80° C. for 2 hours to perform Na ion exchange. After cooling to room temperature, the suspension was filtered, washed with distilled water, and dried in this order, and then calcined in air at 550° C. for 4 hours to obtain a zeolite powder partially exchanged with Na ions.

この粉末を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)40重量部、セルロース5重量部、純水40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。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得た。 100 parts by weight of this powder was mixed with 40 parts by weight of silica (product name: Snowtex N-30G, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water. The mixture was then formed into a cylindrical molded body with 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. The dried molded body was fired at 600°C for 2 hours in air circulation to obtain a molded body.

触媒調製例3
プロトン型のMFI型ゼオライト粉末(東ソー株式会社製、商品名:HSZ-840HOA)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)40重量部、セルロース5重量部、純水40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。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得た。
Catalyst Preparation Example 3
100 parts by weight of proton-type MFI zeolite powder (manufactured by Tosoh Corporation, product name: HSZ-840HOA) were mixed with 40 parts by weight of silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., product name: Snowtex N-30G), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water. The mixture was then formed into a cylindrical molded body 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. The dried molded body was fired at 600°C for 2 hours under air circulation to obtain a molded body.

触媒調製例4
触媒調製例3により得られた成形体100gを蒸留水に浸した。0.12mol/Lの水酸化カルシウム水溶液を用いて浸漬させた。成形体を濾別、水洗後、0.2mol/L硝酸ナトリウム水溶液で再度浸漬させた。110℃で一晩乾燥させた後、空気流通下550℃で5時間焼成を行い、カルシウムイオンとナトリウムイオンが一部交換したゼオライト(成形体)を得た。
Catalyst Preparation Example 4
100 g of the molded body obtained in Catalyst Preparation Example 3 was immersed in distilled water. It was then immersed in a 0.12 mol/L aqueous calcium hydroxide solution. The molded body was filtered, washed with water, and then immersed again in a 0.2 mol/L aqueous sodium nitrate solution. It was dried overnight at 110°C, and then calcined for 5 hours at 550°C in an air stream to obtain a zeolite (molded body) in which calcium ions were partially exchanged with sodium ions.

触媒調製例5
テトラプロピルアンモニウム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AlとSiOの重量に対して、0.7重量%とした。該原料組成物の組成は以下のとおりである。
SiO/Alモル比=48、TPA/Siモル比=0.05、Na/Siモル比=0.16、OH/Siモル比=0.21、HO/Siモル比=10。
Catalyst Preparation Example 5
Amorphous aluminosilicate gel was added to an aqueous solution of tetrapropylammonium 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 composition of the raw material composition is as follows:
SiO2 / Al2O3 molar ratio=48, TPA/Si molar ratio=0.05, Na/Si molar ratio=0.16, OH/Si molar ratio=0.21, H2O /Si molar ratio=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 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. After the crystallization, the slurry mixture was separated into solid and liquid 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。 The resulting dry powder was dispersed in 1 mol/L hydrochloric acid at room temperature, filtered, and the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water, filtered again, and dried overnight at 100°C. It was calcined in air at 550°C for 1 hour, and then treated with 30% water vapor at 600°C for 2 hours.

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 powder was dispersed in 1 mol/L hydrochloric acid at room temperature, filtered, and the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water and filtered again to obtain zeolite.

上記で調製したゼオライト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)25重量部、セルロース5重量部、純水40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。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得た。 25 parts by weight of silica (product name: Snowtex N-30G, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water were added to 100 parts by weight of the zeolite prepared above and kneaded. The kneaded mixture was then formed into a cylindrical molded body with 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. The dried molded body was fired at 600°C for 2 hours in air circulation to obtain a molded body.

触媒調製例6
触媒調製例5により得られたMFI型ゼオライト成形体100gを、0.75mol/Lの酢酸亜鉛水溶液109.9gに30分間浸漬させた。成形体を濾別後、110℃で一晩乾燥させた後、空気流通下550℃で5時間焼成を行い、亜鉛イオンを一部含有するゼオライト(成形体)を得た。
Catalyst Preparation Example 6
100 g of the MFI zeolite molded body obtained in Catalyst Preparation Example 5 was immersed in 109.9 g of a 0.75 mol/L aqueous zinc acetate solution for 30 minutes. The molded body was filtered off, dried overnight at 110° C., and then calcined for 5 hours at 550° C. in an air stream to obtain a zeolite (molded body) partially containing zinc ions.

実施例1
炭化水素系プラスチックの溶融である(1)工程および加熱分解である(2)工程を行うステンレス製オートクレーブ(内容積200ml)と加熱分解生成物を低級炭化水素に転換する(3)工程を行うステンレス製反応管(内径16mm、長さ600mm)を有する固定床気相流通式反応装置を連結した装置を用いた。ここで、ステンレス製反応管は中段に、ゼオライト触媒の成形体を充填し、乾燥空気流通下、530℃で加熱前処理を行った。
Example 1
The apparatus used was a fixed-bed gas-phase flow-type reactor having a stainless steel autoclave (inner volume 200 ml) for carrying out step (1) of melting the hydrocarbon plastic and step (2) of thermal decomposition, and a stainless steel reaction tube (inner diameter 16 mm, length 600 mm) for carrying out step (3) of converting the thermal decomposition product into lower hydrocarbons. The stainless steel reaction tube was packed in the middle with a zeolite catalyst molded body, and was subjected to a thermal pretreatment at 530° C. under a dry air flow.

ステンレス製オートクレーブに、低圧ポリエチレン製造設備の製造過程でロス品となった高密度ポリエチレン(HDPE)と触媒調製例1で調製したゼオライト触媒(粉末)5gを入れ、窒素で置換した。温度を180℃までゆっくり昇温することによりHDPEを溶融状態とし、次いで窒素ガス流通(40ml/分)下、450℃まで昇温し、加熱・接触分解を行い生成した炭化水素を加熱分解生成物とした。加熱分解生成物は窒素ガスによりステンレス製反応管にフィードし、触媒調製例5で調製したゼオライト触媒(成形体)と接触し反応を行った(触媒重量:3.8g、流通ガス:窒素40ml/分、反応温度:585℃、反応時間:24時間)。なお、ステンレス製反応管の温度制御はセラミック製管状炉を用いた。 A stainless steel autoclave was charged with high density polyethylene (HDPE) that had been lost during the production process of a low pressure polyethylene manufacturing facility and 5 g of the zeolite catalyst (powder) prepared in Catalyst Preparation Example 1, and the contents were replaced with nitrogen. The temperature was slowly raised to 180°C to melt the HDPE, and then the temperature was raised to 450°C under a nitrogen gas flow (40 ml/min), and the resulting hydrocarbons were subjected to thermal decomposition and used as thermal decomposition products. The thermal decomposition products were fed to a stainless steel reaction tube by nitrogen gas, and reacted with the zeolite catalyst (molded body) prepared in Catalyst Preparation Example 5 (catalyst weight: 3.8 g, flow gas: nitrogen 40 ml/min, reaction temperature: 585°C, reaction time: 24 hours). A ceramic tubular furnace was used to control the temperature of the stainless steel reaction tube.

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、充填剤(Waters社製、商品名:PorapakQまたはGLサイエンス社製、商品名:MS-5A)を有する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。液成分は、FID検出器を備え、分離カラムとしてキャピラリーカラム(GLサイエンス社製、商品名:TC-1)を有する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。 The reaction outlet gas and reaction liquid were collected, and the gas and liquid components were analyzed separately using a gas chromatograph. The gas components were analyzed using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, product name: GC-1700) equipped with a TCD detector and a packing material (Waters, product name: PorapakQ or GL Sciences, product name: MS-5A). The liquid components were analyzed using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, product name: GC-2015) equipped with an FID detector and a capillary column (GL Sciences, product name: TC-1) as a separation column.

結果を表1に示す。炭素数2~8の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の有用成分は高い収率で得られた。また、反応終了後も触媒調製例5で調製したゼオライト触媒は高い触媒性能を維持しており、安定的な製造を可能とすると共に耐コーキング性にも優れるものであった。 The results are shown in Table 1. Useful components, lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons with carbon numbers of 2 to 8, were obtained in high yields. In addition, even after the reaction was completed, the zeolite catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 5 maintained high catalytic performance, allowing for stable production and also exhibiting excellent coking resistance.

実施例2
炭化水素系プラスチックの溶融である(1)工程および加熱分解である(2)工程を行うステンレス製オートクレーブ(内容積200ml)と加熱分解生成物を低級炭化水素に転換する(3)工程を行うステンレス製反応管(内径16mm、長さ600mm)を有する固定床気相流通式反応装置を連結した装置を用いた。ここで、ステンレス製反応管は前段に触媒調製例2で調製したゼオライト触媒(成形体)、後段に、触媒調製例6で調製したゼオライト触媒(成形体)を充填し、乾燥空気流通下、530℃で加熱前処理を行った。
Example 2
The apparatus used was a combination of a stainless steel autoclave (capacity 200 ml) for carrying out step (1) of melting hydrocarbon plastics and step (2) of thermal decomposition, and a fixed-bed gas-phase flow-type reactor having a stainless steel reaction tube (inner diameter 16 mm, length 600 mm) for carrying out step (3) of converting the thermal decomposition products into lower hydrocarbons. The stainless steel reaction tube was packed with the zeolite catalyst (molded body) prepared in Catalyst Preparation Example 2 in the front stage and the zeolite catalyst (molded body) prepared in Catalyst Preparation Example 6 in the rear stage, and was subjected to a heat pretreatment at 530° C. under a dry air flow.

ステンレス製オートクレーブに、低圧ポリエチレン製造設備の製造過程でロス品となった高密度ポリエチレン(HDPE)を入れ、窒素で置換した。温度を180℃までゆっくり昇温することによりHDPEを溶融状態とし、次いで窒素ガス流通(40ml/分)下、450℃まで昇温し、加熱分解を行い炭化水素混合物である加熱分解生成物とした。加熱分解生成物は窒素ガスによりステンレス製反応管にフィードし、2種類のゼオライト触媒(成形体)と接触し反応を行った(触媒重量:いずれも3.8g、流通ガス:窒素40ml/分、反応温度:530℃、反応時間:24時間)。 High density polyethylene (HDPE) that was lost during the manufacturing process of a low pressure polyethylene manufacturing facility was placed in a stainless steel autoclave and purged with nitrogen. The temperature was slowly raised to 180°C to melt the HDPE, and then the temperature was raised to 450°C under a nitrogen gas flow (40 ml/min) to perform thermal decomposition, producing a thermal decomposition product that is a hydrocarbon mixture. The thermal decomposition product was fed into a stainless steel reaction tube by nitrogen gas and reacted in contact with two types of zeolite catalysts (molded bodies) (catalyst weight: 3.8 g for each, flow gas: nitrogen 40 ml/min, reaction temperature: 530°C, reaction time: 24 hours).

生成物の分析は実施例1と同じ方法で行い、結果を表1に示す。 The product was analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1.

実施例3
ステンレス製オートクレーブに、高圧ポリエチレン製造設備の製造過程でロス品となった高密度ポリエチレン(LDPE)を入れ、窒素で置換した。温度を180℃までゆっくり昇温することによりLDPEを溶融状態とし、次いで窒素ガス流通(40ml/分)下、450℃まで昇温し、加熱分解を行った。加熱分解生成物として、常温・常圧におけるガス成分および液成分を個別に捕集した。
Example 3
A stainless steel autoclave was filled with high density polyethylene (LDPE) that had become a waste product during the manufacturing process of a high pressure polyethylene manufacturing facility, and the atmosphere was replaced with nitrogen. The temperature was slowly raised to 180°C to melt the LDPE, and then the temperature was raised to 450°C under a nitrogen gas flow (40 ml/min) to perform thermal decomposition. Gas components and liquid components at room temperature and pressure were collected separately as thermal decomposition products.

マントルヒーター式蒸留釜、温度計、還流弁、流出液受器を備えた理論段数35段の充填塔式蒸留塔(柴田科学製、商品名:HP-1000)を用いて液成分の蒸留(圧力2.6kPa、還流比20)を行い、トップ温度150℃の成分が流出した時点で蒸留を終了した。 The liquid components were distilled (pressure 2.6 kPa, reflux ratio 20) using a packed distillation column (Shibata Scientific, product name: HP-1000) with 35 theoretical plates equipped with a mantle heater type still, a thermometer, a reflux valve, and an effluent receiver, and the distillation was terminated when the component with a top temperature of 150°C flowed out.

加熱分解生成物を低級炭化水素に転換するステンレス製反応管(内径16mm、長さ600mm)を有する固定床気相流通式反応装置を用い、ステンレス製反応管は前段に触媒調製例2で調製したゼオライト触媒(成形体)、後段に、触媒調製例5で調製したゼオライト触媒(成形体)を充填し、乾燥空気流通下、530℃で加熱前処理を行った。 A fixed-bed gas-phase flow reactor with a stainless steel reaction tube (inner diameter 16 mm, length 600 mm) was used to convert the thermal decomposition products into lower hydrocarbons. The stainless steel reaction tube was filled with the zeolite catalyst (formed body) prepared in Catalyst Preparation Example 2 in the front stage and the zeolite catalyst (formed body) prepared in Catalyst Preparation Example 5 in the rear stage, and a heating pretreatment was performed at 530°C under a dry air flow.

流出液受器に集めた液成分は送液ポンプを用い、またガス成分はガスクロマトグラフで分析し、その分析結果を基に試薬を用いて模擬ガス成分を調製し、マスフローコントローラを用いて、液成分とガス成分をステンレス製反応管にフィードし、ゼオライト触媒(成形体)と接触し反応を行った(触媒重量:いずれも3.8g、流通ガス:窒素40ml/分、反応温度:530℃、反応時間:24時間)。 The liquid components collected in the effluent receiver were analyzed using a liquid delivery pump, and the gas components were analyzed using a gas chromatograph. Based on the analysis results, simulated gas components were prepared using reagents, and the liquid and gas components were fed into a stainless steel reaction tube using a mass flow controller, where they were contacted with a zeolite catalyst (molded body) and reacted (catalyst weight: 3.8 g for each, gas flow: nitrogen 40 ml/min, reaction temperature: 530°C, reaction time: 24 hours).

生成物の分析は実施例1と同じ方法で行い、結果を表1に示す。 The product was analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1.

比較例1
触媒調製例2で調製したゼオライト触媒(成形体)を用いなかったこと、触媒調製例6で調製したゼオライト触媒(成形体)の代わりに、触媒調製例3で調製したゼオライト触媒(成形体)を用いたこと以外、実施例2と同様に炭化水素系プラスチックの加熱分解、およびゼオライト触媒による反応評価を行った。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
The thermal decomposition of hydrocarbon-based plastics and the reaction evaluation with the zeolite catalyst were carried out in the same manner as in Example 2, except that the zeolite catalyst (molded body) prepared in Catalyst Preparation Example 2 was not used, and the zeolite catalyst (molded body) prepared in Catalyst Preparation Example 3 was used instead of the zeolite catalyst (molded body) prepared in Catalyst Preparation Example 6. The results are shown in Table 1.

本発明の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の製造方法は、炭化水素系プラスチック、特に廃プラスチックの加熱分解生成物を石油化学製品として有用な炭素数2~8のパラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素を高選択的に転換することが可能となり、その製造方法としての産業的価値は極めて高いものである。 The method for producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons of the present invention makes it possible to convert hydrocarbon plastics, particularly the pyrolysis products of waste plastics, with high selectivity into paraffins, olefins, and aromatic hydrocarbons with 2 to 8 carbon atoms, which are useful as petrochemical products, and the industrial value of this production method is extremely high.

Claims (11)

炭化水素系プラスチックの加熱分解生成物より低級炭化水素及び芳香族炭化水素を製造する際に、少なくとも下記(1)~(3)工程を経ることを特徴とする低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。
(1)工程;炭化水素系プラスチックを加熱溶融する工程。
(2)工程;加熱溶融炭化水素系プラスチックをアンモニア昇温脱離スペクトルにおける高温脱離量から求められる酸量(NH-TPD法による固体酸量)が200μmol/g以下であるゼオライトの存在下で加熱分解し、加熱分解生成物とする工程。
(3)工程;加熱分解生成物を下記(i)~(iv)の特性を満足するゼオライトを含む触媒に加熱条件下で接触し、低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素を同時に製造する工程。
(i)平均粒子径が100nm以下。
(ii)MFI型又はMEL型である10員環細孔ゼオライト。
(iii)外表面のブレンステッド酸量が0.1~10.0μmol/g。
(iv)全ブレンステッド酸量が0.01~1.0mmol/g。
A method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons from thermal decomposition products of hydrocarbon plastics, the method comprising at least the following steps (1) to (3):
Step (1): A step of heating and melting a hydrocarbon-based plastic.
Step (2): A step of thermally decomposing a heat-molten hydrocarbon-based plastic in the presence of a zeolite having an acid amount (solid acid amount by the NH 3 -TPD method) of 200 μmol/g or less, determined from the high-temperature desorption amount in an ammonia temperature programmed desorption spectrum, to obtain a thermal decomposition product.
Step (3): A step of contacting the thermal cracking product with a catalyst containing a zeolite satisfying the following characteristics (i) to (iv) under heated conditions to simultaneously produce lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons:
(i) The average particle size is 100 nm or less.
(ii) 10-ring pore zeolites of the MFI or MEL type.
(iii) the Bronsted acid amount of the outer surface is 0.1 to 10.0 μmol/g.
(iv) the total Bronsted acidity is 0.01 to 1.0 mmol/g.
(2)工程におけるゼオライトが、プロトン型のアルミノシリケートであることを特徴とする請求項1に記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 The method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to claim 1, characterized in that the zeolite in step (2) is a proton-type aluminosilicate. (2)工程におけるゼオライトが、プロトン型のアルミノシリケートであり、周期律表第IA族およびIIA族に属する金属から選択される少なくとも1種以上の金属を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 The method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to claim 1 or 2, characterized in that the zeolite in step (2) is a proton-type aluminosilicate and contains at least one metal selected from metals belonging to Groups IA and IIA of the periodic table. (2)工程におけるゼオライトが、プロトン型のアルミノシリケートであり、その表面OH基の一部又は全部をシリル化処理したゼオライトであることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 The method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the zeolite in step (2) is a proton-type aluminosilicate, and is a zeolite in which some or all of the surface OH groups have been silylated. (2)工程が、少なくとも下記(イ)及び(ロ)工程を経るものであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。
(イ)工程;加熱溶融炭化水素系プラスチックを無酸素かつ無触媒で加熱分解を行う第1分解工程。
(ロ)工程;(イ)工程の後、ゼオライトと接触・加熱分解し、加熱分解生成物とする第2分解工程。
5. The method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 4, wherein the step (2) comprises at least the following steps (a) and (b):
Step (A): A first decomposition step in which a heat-molten hydrocarbon plastic is thermally decomposed in the absence of oxygen and without a catalyst.
Step (b): A second decomposition step in which the product is contacted with zeolite and decomposed by heating after step (a) to obtain a thermal decomposition product.
前記(イ)工程と(ロ)工程との間に加熱分解物を蒸留により高沸点成分と低沸点成分に分離する工程を有し、(ロ)工程が、高沸点成分とゼオライトとを接触・加熱分解するものであり、更に(ニ)工程として、(イ)工程の低沸点成分と(ロ)工程の分解物を混合し、加熱分解生成物とする工程を経るものであることを特徴とする請求項5に記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 The method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to claim 5, characterized in that between steps (a) and (b), there is a step of separating the thermal decomposition product into high-boiling components and low-boiling components by distillation, in which step (b) involves contacting and thermally decomposing the high-boiling components with zeolite, and in step (d), mixing the low-boiling components from step (a) with the decomposition product from step (b) to obtain a thermal decomposition product. (3)工程におけるゼオライトが、ナトリウム、カリウム、カルシウム、銀、亜鉛から選択される少なくとも1種以上の金属を含有し、その含有率が0.05~5.0wt%のゼオライトであることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 A method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the zeolite in step (3) contains at least one metal selected from sodium, potassium, calcium, silver, and zinc, and has a metal content of 0.05 to 5.0 wt %. 炭化水素系プラスチックが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、ポリスチレンから選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 A method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the hydrocarbon-based plastic is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, ethylene propylene rubber, and polystyrene. 炭化水素系プラスチックが使用済みの廃プラスチックおよび/又は炭化水素系プラスチックの製造・加工時におけるロス品であることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 A method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the hydrocarbon plastics are used waste plastics and/or waste products during the production and processing of hydrocarbon plastics. 低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の合計選択率が60%以上であることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 A method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the total selectivity of lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons is 60% or more. 低級脂肪族炭化水素が、炭素数2~8のオレフィン及び炭素数2~8のパラフィンに属するいずれか1種以上であり、芳香族炭化水素が炭素数6~8の芳香族炭化水素に属するいずれか1種以上であることを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の低級脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素の同時製造方法。 A method for simultaneously producing lower aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the lower aliphatic hydrocarbons are one or more of olefins having 2 to 8 carbon atoms and paraffins having 2 to 8 carbon atoms, and the aromatic hydrocarbons are one or more of aromatic hydrocarbons having 6 to 8 carbon atoms.
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