JPH0339970B2 - - Google Patents
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- JPH0339970B2 JPH0339970B2 JP57082388A JP8238882A JPH0339970B2 JP H0339970 B2 JPH0339970 B2 JP H0339970B2 JP 57082388 A JP57082388 A JP 57082388A JP 8238882 A JP8238882 A JP 8238882A JP H0339970 B2 JPH0339970 B2 JP H0339970B2
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- metal cation
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02P30/40—Ethylene production
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は新規変性結晶性ゼオライト及びそれを
用いた低級アルコールあるいはそのエーテルから
炭化水素を製造する方法に関するものである。
アルコールからの炭化水素の生成反応は古くか
ら研究されており、ゼオライト、ポリりん酸、塩
化亜鉛等が触媒として有効であることが知られて
いる。なかでもZSM−5、ZSM−34とよばれる
合成ゼオライトがエチレン、プロピレン等の低級
オレフインへの選択率が高く注目を集めている
(特開昭53−58499号公報)。しかしながらこれら
の触媒は活性劣化が極めて速く、工業的には問題
があると考えられる。本発明者らは単斜晶系に属
する結晶性アルミノ珪酸塩を第A、第B族の
金属でイオン交換した変性結晶性ゼオライトを触
媒とするメタノールから、エチレン、プロピレン
等の低級オレフインを高選択率で得られると共に
触媒の活性劣化が非常に少いことを見出し本発明
に到達した。
すなわち本発明は酸化物のモル比で表示して
0.8−1.5M2/oO・Al2O3・10
−100SiO2・ZH2O
(ここで、Mは少なくとも一種の金属陽イオンで
あり、nはその金属陽イオンの原子価であり、Z
は0−40である。)
の化学組成を有する単斜晶系に属する結晶性アル
ミノ珪酸塩を場合により水素イオン型に変換後第
A又は第B族金属化合物によりイオン交換を
行ない上記組成式中のMの少なくとも一部を置換
した変性ゼオライト及びそれを用いる炭化水素の
製造方法に関する。
本発明で用いられる単斜系に属する結晶性アル
ミノ珪酸塩(以下TSZと言う)とは特願昭56−
143396号で開示されている結晶性アルミノ珪酸塩
である。
すなわち酸化物のモル比が
0.8−1.5M2/oO・Al2O3・10
−100SiO2・ZH2O
(ここでMは金属陽イオンであり、nはその金属
陽イオンの原子価であり、Zは0−40である)
の化学組成を有し、かつ少くとも第1表に示した
格子面間隔、すなわちd−距離を示す粉末X線回
折図形を有する結晶性アルミノ珪酸塩である。
第1表
格子面間隔d(Å) 相対強度(I/
I0)
11.2±0.2 S.
10.1±0.2 S.
7.5±0.15 W.
6.03±0.1 M.
3.86±0.05 V.S.
3.82±0.05 S.
3.76±0.05 S.
3.72±0.05 S.
3.64±0.05 S.
上記の様なX線回折図形により特徴づけられる
結晶構造を有するアルミノ珪酸塩は従来未知のも
のである。
これらの値は常法により測定した結果である。
照射線は銅のK−α二重線であり、ストリツプチ
ヤートペン記録計を備えたシンチレーシヨンカウ
ンターを使用し、チヤートから2Θ(Θはブラツク
角)の函数としてピーク高さ及びその位置を読み
取り、それから記録された線に対応する相対強度
及び格子面間隔(d)Åを測定したものである。第1
表の相対強度においてV.S.は最強、S.は強、M.
は中強、W.は弱を示す。第1表において2Θ=
14.7゜(d=6.03Å)の回折線が単一線(singlet)
であること、および2Θ=23゜(d=3.86Å)および
2Θ=23.3゜(d=3.82Å)の両回折線が明瞭に分か
れていることが従来提案されている結晶性ゼオラ
イトの結晶構造と識別される。
また常法とは別に粉末X線回折分析を行い、と
りわけ精度の高い2Θ(Θはブラツク角)を測定
し、その結果を解析したところTSZは結晶学的
には単斜晶系に属することが判明した。例えば
1.02Na2O・Al2O3・26.2SiO2・12.2H2Oの組成を
有するTSZはa=20.159(±0.004)Å、b=
19.982(±0.006)Å、c=13.405(±0.05)Å、α
=90.51゜(±0.03゜)の単斜晶系の格子定数を示す。
この代表的なTSZの格子面間隔の実測値及び計
算値、ミラー指数は第2表に記載する。
【表】
〓
2.998 2.996 433
かかる特異的なX線回折図形は合成アルミノ珪
酸塩の置換陽イオンの変化、例えば水素イオン型
への変化、SiO2/Al2O3比の変化等によつてもそ
の格子面間隔は著しい影響を受けない。合成した
ままの形態におけるTSZの好ましい組成は酸化
物のモル比で表示して
0.8−1.3M2/oO・Al2O3・25
−80SiO2・O−40H2O
(ここでMは金属陽イオンの少くとも1種であ
り、nはその金属陽イオンの原子価である)
である。
本発明において用いられるTSZの製造法とし
ては、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源および
水を含有し、実質的に無機反応材料からなり、か
つ下記のモル比により表示した次の組成
SiO2/Al2O3 10−130
M2/oO/SiO2 0.03−0.5
H2O/M2/oO 100−1000
X-/SiO2 0.01−20
(ここでMは元素周期律表の第族および第族
から選択される金属陽イオンであり、nはその金
属陽イオンの原子価であり、X-は鉱化剤の塩の
陰イオンである。)
を有する水性反応混合物を調整し、自己圧におい
て約120〜230℃の範囲で約10〜20時間維持するこ
とによつて得られる。
水性反応混合物の好ましい組成はモル比で示す
と次の通りである。
SiO2/Al2O3 20−120
Na2O/SiO2 0.03−0.3
(Na2O+M2/oO)/SiO2 0.03−0.3
H2O/(Na2O+M2/oO) 150−800
X-/SiO2 0.05−15
さらに水性反応混合物の最適の組成は、モル比
で示すと次の通りである。
SiO2/Al2O3 30−115
Na2O/SiO2 0.05−0.3
(Na2O+M2/oO)/SiO2 0.05−0.3
H2O/(Na2O+M2/oO) 200−700
X-/SiO2 0.1−10
以上の説明で式中Mは元素周期律表の第族お
よび第族、特にリチウム、バリウム、カルシウ
ムおよびストロンチウムから選択される金属陽イ
オンであり、nはその金属陽イオンの原子価であ
る。ここで実際に用いられるM2/oOおよびNa2O
は遊離のM2/oOおよびNa2Oであり、一般に水酸
化物およびゼオライト合成において効果を示すよ
うな極弱酸塩、例えばアルミン酸塩、珪酸塩の形
態である。また上記の遊離Na2Oは硫酸アルミニ
ウム、硫酸、硝酸等の添加により調整することが
できる。
水性反応混合物を調節するにあたり、使用する
上記組成物の酸化物の反応試剤源は合成ゼオライ
トの製造に一般に使用されるものである。例えば
シリカ源は珪酸ナトリウム、シリカゲル、珪酸、
水性コロイド状シリカゲル、溶解シリカ、粉末シ
リカおよび無定形シリカ等である。アルミナ源と
しては活性アルミナ、γ−アルミナ、アルミナ三
水和物、アルミン酸ナトリウムおよびアルミニウ
ムの塩化物、硝酸塩、硫酸塩等の各種アルミニウ
ム塩等を使用することができる。M2/oOにより表
わされる金属酸化物は水溶性塩の形態または水酸
化物の形態で反応混合物に添加される。ナトリウ
ム陽イオン源としてのNa2Oは水酸化ナトリウ
ム、アルミン酸ナトリウムまたは珪酸ナトリウム
の形態で添加され、またリチウム陽イオン源とし
てのLi2Oは水酸化物、ハロゲン化物、硫酸塩お
よび塩素酸塩等の形態で添加される。水性反応混
合物は上記シリカ源、アルミナ源、アルカリ源お
よび水を混合することにより調製される。特に好
適なシリカ源は珪酸ナトリウム、水ガラス、コロ
イド状シリカ等であり、アルミナ源はアルミン酸
ナトリウム、硫酸アルミニウム等である。
水性反応混合物の水分含有量は重要であり、水
分含量を前述の範囲に設定することにより反応試
剤のゲルの混合および撹拌も容易となる。結晶化
に際して、水性反応混合物中に鉱化剤を加えるこ
とにより結晶化生成物の結晶性を一層向上させる
ことができ、無定形アルミノ珪酸塩の生成を抑制
することができる。鉱化剤としてはNaCl、
Na2CO3、Na2SO4、Na2SeO4、KCl、KBr、
KF、BaCl2またはBaBr2等のアルカリ金属また
はアルカリ土類金属の中性塩を使用することがで
きる。好適な鉱化剤はNaClである。
生成した結晶性アルミノ珪酸塩は、過により
溶液から分離した後、水洗し乾燥する。
本発明において用いられる変性TSZは上記に
よつて得られたTSZ中の陽イオンを少くともそ
の1部を熱処理および/またはイオン交換により
置換することにより得られる。
陽イオン交換は結晶化生成物を所望の交換用陽
イオンまたは陽イオン類の塩と接触させることに
より行うことができる。この場合において所望す
る陽イオン金属の中性塩等を使用することがで
き、特に塩化物、硝酸塩、硫酸塩および酢酸塩等
が好ましい。
本発明において低級アルコール又はそのエーテ
ルから炭化水素を製造するαに好ましいイオン交
換変性TSZの置換イオンは元素周期律表の第
Aおよび第B族金属から選択される少くとも1
種が好ましく、特にマグネシウム、カルシウム、
ストロンチウム、バリウム、ランタンが好まし
い。イオン交換は酸処理またはNH4 +による置換
と熱処理によつて得られる水素イオン交換型
TSZを陽イオン交換することによつても得られ
る。
このイオン交換された変性TSZはSiO2/Al2O3
モル比が25−80の範囲においては変性前のTSZ
と実質的に結晶構造は変りがない。
本発明による炭化水素製造方法に適用される原
料は炭素数が4以下であるアルコール及びそのエ
ーテルである。すなわちメタノール、エタノー
ル、n−プロパノール、i−プロパノール、n−
ブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、
あるいはこれらの混合物が使用できる。同様に、
これらのアルコールから誘導されるジメチルエー
テル等も原料となる。特に好ましい原料はメタノ
ール、ジメチルエーテル及びこれ等の混合物であ
る。
本発明においてメタノールを変性TSZ触媒で
反応させる方法としてはメタノールを連続的に反
応系に供給し、流動床又は固定床により気相で変
性TSZと接触させることにより実施される。メ
タノールは蒸発器、予熱などにより予めガス化し
て反応系に供給することが好ましく、窒素、水蒸
気、アルゴン等の反応に不活性なガスを搬送ガス
あるいは稀釈ガスとして原料とともに反応系に供
給することもできる。
接触反応は0.1−50気圧、好ましくは0.−20気
圧の反応圧力下、275−550℃、好ましくは300−
500℃の反応温度条件下およびメタノールの重量
空間速度0.1−10W/H/W、好ましくは1−5
の範囲内に維持して行われる。
上記反応圧力は反応結果に特に重大な影響を及
ぼす因子ではなく、経済性の観点から適宜選択さ
れる。反応温度が低すぎるかまたは重量空間速度
が高すぎるとメタノールの炭化水素への転化率が
小さくなり低すぎると生産性が低下する。また反
応温度が高すぎるとメタン等の副生物が増加し低
級オレフイン収率の低下を招くことになる。
本発明においては水素、一酸化炭素および二酸
化炭素の副生はほとんど認められず、反応生成物
は主として炭素数2〜6のオレフインと少量のパ
ラフイン及び芳香族からなる炭化水素と水である
ので、公知の方法により容易に炭化水素の各留分
を分離取得することができる。
以下本発明を実施例により更に具体的に説明す
るが、それに限定されるものではない。
実施例 1
TSZの製造
70gの純水に2.5gの硫酸アルミニウムを溶解
し、これに5.4gの濃硫酸(95wt.%)を添加し、
硫酸アルミニウム溶液(A液)を調製した。次に
25gの純水と63gの水ガラス(Na2O;9.5wt.%、
SiO2;28.6wt.%)との混合溶液(B液)を調製
した。A液およびB液を同時に6gの硫酸ナトリ
ウムを100gの純水に溶解した硫酸ナトリウム水
溶液に撹拌しながら添加し、酸化物のモレ比で表
示して8.8Na2O・Al2O3・80SiO2・3458H2Oの組
成を有する水性反応混合物を得た。この場合鉱化
剤たる硫酸ナトリウムの濃度は、SiO2に対し0.28
モルであつた。水性反応混合物をSUS製オート
クレーブに張り込み昇温し、自己圧において170
℃に20時間維持し結晶化させ、固体生成物
(TSZ)を得た。得られた固体生成物を過分離
し、水で洗浄後、110℃で乾燥した。この固体生
成物の試料を化学分析に供したところ、Na2O;
2.15wt.%、Al2O3;3.16wt.%、SiO2;88.8wt.%、
H2O;5.9wt.%の化学組成を得た。これを酸化物
のモル比で表示すると、次の如くであつた。
1.12Na2O・Al2O3・47.8SiO2・10.6H2O
この生成物をX線分析に供したところ、第3表
に示す結果を得た。このX線分析は粉末X線回折
の常法によつて行なつた。照射線は銅のK−α二
重線であり、X線管電圧および管電流はそれぞれ
40KVおよび70mAとした。回折角2Θおよび回折
線の強度測定には、ゴニオメーター、ストリツプ
チヤートペン記録計を備えたシンチレーシヨンカ
ウンターを使用した。このとき、走査速度は2Θ
回転で2゜/分、レートメーターの時定数は1秒を
採用した。
第3表格子面間隔d(Å)
相対強度I/I0(%)
11.17 51
10.07 47
9.96
9.75 21
9.01 2
7.44 4
7.09 2
6.72 6
6.37 9
6.01 13
5.71 10
5.58 11
5.38 3
5.15 2
5.04 6
4.99 7
4.62 5
4.37 10
4.27 11
4.09 4
4.02 6
3.86 100
3.82 68
3.76 45
3.73 46
3.65 29
3.60 5
3.49 7
3.45 10
3.36 4
3.31 11
3.26 5
3.05 14
3.00 13
2.97 14
2.94 6
水素型TSZの製造
このようにして得たTSZ触媒20gを90℃で1
時間4回にわたつて100c.c.の1N塩化アンモニウム
水溶液と接触させてイオン交換させ、さらに500
mlの純水で洗浄後、120℃で一昼夜乾燥し、その
後空気中で500℃で3時間焼成して水素型ゼオラ
イト(H−TSZ)を得た。
実施例 2
Mg変性ゼオライトの製造
実施例1で得たTSZ2gを30mlの1N Mg
(NO3)2・6H2O水溶液に浸漬してイオン交換を90
℃で24時間行つた。過洗浄後、120℃で一昼夜
乾燥し、空気中で3時間焼成して、Mg変性TSZ
(Mg/Na−TSZ)を得た。このMg/Na−TSZ
は0.50wt.%のマグネシウムを含有した。
実施例 3
Mg変性ゼオライトの製造
実施例1で得た水素型ゼオライト2gを30mlの
1N Mg(NO3)2・6H2O水溶液に浸漬してイオン
交換を90℃で24時間行なつた。過洗浄後、120
℃で一昼夜乾燥し、空気中で3時間焼成してMg
変性TSZ(Mg/H−TSZ)を得た。このMg/H
−TSZは0.56wt.%のマグネシウムを含有した。
実施例 4
Mg変性ゼオライトの製造
実施例3において、Mg(NO3)2・6H2Oの代り
にMg(CH3COO)2・4H2Oを用いた以外は実施例
3と同様の方法でMg変性TSZ(Mg/H−TSZ)
を製造した。このMg/H−TSZは0.85wt.%のマ
グネシウムを含有した。
実施例 5
Ba変性ゼオライトの製造
実施例3において、Mg(NO3)2・6H2Oの代り
にBa(NO3)2を用いた以外は実施例3と同様の方
法でBa変性TSZ(Ba/H−TSZ)を製造した。
このBa/H−TSZは3.2wt.%のバリウムを含有
した。
実施例 6
La変性ゼオライトの製造
実施例3において、Mg(NO3)2・6H2Oの代り
にLa(NO3)3を用いた以外実施例3と同様の方法
でLa変性TSZ(La/H−TSZ)を製造した。こ
のLa/H−TSZは0.3wt.%のランタンを含有し
た。
実施例 7
Ca変性ゼオライトの製造
実施例3において、Mg(NO3)2・6H2Oの代り
にCa(CH3COO)2を用いた以外は実施例3と同様
の方法でCa変性TSZ(Ca/H−TSZ)を製造し
た。このCa/H−TSZは0.85wt.%のカルシウム
を含有した。
実施例 8
Sr変性ゼオライトの製造
実施例3において、Mg(NO3)2・6H2Oの代り
にSr(CH3COO)2・1/2H2Oを用いた以外は実施
例3と同様の方法でSr変性TSZ(Sr/H−TSZ)
を製造した。このSr/H−TSZは1.58wt.%のス
トロンチウムを含有した。
実施例 9〜15
実施例2〜8において製造した変性TSZゼオ
ライト0.35g(約1.0c.c.)をガラスリアクターに
充填し、触媒床を窒素気流中において500℃で2
時間保持し、その後窒素気流中下に反応温度まで
降温した。そのままリアクターの温度を反応温度
に保持した。次にメタノールの分圧が0.163気圧
になるように維持したサチユレーター中に窒素を
キヤリヤーガスとして導入して触媒床にメタノー
ルを重量空間速度2.3W/H/Wで通じた。反応
開始0.3〜0.5時間後の分解生成物をガスクロマト
グラフイーにて分析したところ第4表に示す結果
を得た。
比較例 1〜4
実施例1で製造したH−TSZを用い実施例9
と同様の方法でメタノールから炭化水素を製造し
た。その結果を第4表に示す。
【表】
【表】
実施例16〜17、比較例3〜4
実施例4、6及び1で得たMg/H−TSZ、
La/H−TSZ、H−TSZ及び特開昭55−58499号
公報によつて製造されるZSM−34を用い反応温
度300℃、メタノール重量空間速度を2.4W/H/
Wにする以外は実施例9と同様の方法でメタノー
ルの転換反応を行つた。反応開始後0.4時間及び
8時間の分解生成物を分析し、その結果を第5表
に示した。第5表から変性TSZゼオライトは経
時劣化が少ない触媒であることが証明される。
【表】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel modified crystalline zeolite and a method for producing hydrocarbons from lower alcohols or ethers thereof using the same. The production reaction of hydrocarbons from alcohol has been studied for a long time, and it is known that zeolite, polyphosphoric acid, zinc chloride, etc. are effective as catalysts. Among them, synthetic zeolites called ZSM-5 and ZSM-34 are attracting attention because of their high selectivity to lower olefins such as ethylene and propylene (Japanese Patent Application Laid-open No. 58499/1983). However, the activity of these catalysts deteriorates extremely quickly and is considered to be a problem from an industrial perspective. The present inventors have highly selected lower olefins such as ethylene and propylene from methanol catalyzed by modified crystalline zeolite obtained by ion-exchanging crystalline aluminosilicate belonging to the monoclinic system with Group A and Group B metals. The present invention was achieved by discovering that the deterioration of the catalyst activity was very small and the deterioration of the catalyst activity was very low. That is, the present invention expresses the molar ratio of oxides as 0.8-1.5M 2/o O・Al 2 O 3・10 −100SiO 2・ZH 2 O (where M is at least one metal cation, n is the valence of the metal cation and Z
is 0-40. ) A crystalline aluminosilicate belonging to the monoclinic system having a chemical composition of This invention relates to a substituted modified zeolite and a method for producing hydrocarbons using the same. The crystalline aluminosilicate belonging to the monoclinic system (hereinafter referred to as TSZ) used in the present invention is
It is a crystalline aluminosilicate disclosed in No. 143396. That is, the molar ratio of the oxide is 0.8−1.5M 2/o O・Al 2 O 3・10 −100SiO 2・ZH 2 O (where M is the metal cation and n is the valence of the metal cation. a crystalline aluminosilicate having a chemical composition of . First surface lattice spacing d (Å) Relative intensity (I/
I 0 ) 11.2±0.2 S. 10.1±0.2 S. 7.5±0.15 W. 6.03±0.1 M. 3.86±0.05 VS 3.82±0.05 S. 3.76±0.05 S. 3.72±0.05 S. 3.64±0.05 S. As above An aluminosilicate having a crystal structure characterized by an X-ray diffraction pattern is hitherto unknown. These values are the results measured by conventional methods.
The radiation was a copper K-α doublet, and a scintillation counter equipped with a strip chart pen recorder was used to measure the peak height and its position as a function of 2Θ (Θ is the Black angle) from the chart. The relative intensities and lattice spacings (d) Å corresponding to the lines read and then recorded are measured. 1st
In terms of relative strength in the table, VS is the strongest, S. is strong, and M.
indicates medium-strong, W indicates weak. In Table 1, 2Θ=
The diffraction line at 14.7° (d=6.03Å) is a singlet.
and 2Θ=23° (d=3.86Å) and
The fact that the two diffraction lines at 2Θ = 23.3° (d = 3.82 Å) are clearly separated distinguishes it from the crystal structure of crystalline zeolite that has been previously proposed. In addition to the conventional method, powder X-ray diffraction analysis was performed to measure 2Θ (Θ is Black angle) with particularly high precision, and analysis of the results revealed that TSZ belongs to the monoclinic crystallographic system. found. for example
TSZ with a composition of 1.02Na 2 O・Al 2 O 3・26.2SiO 2・12.2H 2 O has a=20.159 (±0.004) Å, b=
19.982 (±0.006) Å, c = 13.405 (±0.05) Å, α
=90.51° (±0.03°) indicates the monoclinic lattice constant.
The measured and calculated values of the lattice spacing of this representative TSZ and the Miller index are listed in Table 2. [Table] 〓
2.998 2.996 433
Such a specific X-ray diffraction pattern is caused by changes in the substituted cations of the synthetic aluminosilicate, such as changes to the hydrogen ion type, changes in the SiO 2 /Al 2 O 3 ratio, etc., and the lattice spacing is significantly affected. I don't receive it. The preferred composition of TSZ in the as-synthesized form is 0.8−1.3M 2/o O・Al 2 O 3・25 −80SiO 2・O−40H 2 O (where M is the metal at least one type of cation, where n is the valence of the metal cation). The method for producing TSZ used in the present invention includes a silica source, an alumina source, an alkali source, and water, which consists essentially of an inorganic reactive material, and has the following composition SiO 2 /Al expressed by the following molar ratio. 2 O 3 10−130 M 2/o O / SiO 2 0.03−0.5 H 2 O/M 2 / o O 100−1000 (where n is the valence of the metal cation and X - is the anion of the salt of the mineralizer) and autogenous pressure by maintaining the temperature in the range of about 120 to 230°C for about 10 to 20 hours. The preferred composition of the aqueous reaction mixture, expressed in molar ratios, is as follows. SiO 2 /Al 2 O 3 20−120 Na 2 O/SiO 2 0.03−0.3 (Na 2 O+M 2/o O)/SiO 2 0.03−0.3 H 2 O/(Na 2 O+M 2/o O) 150−800 X − /SiO 2 0.05−15 Further, the optimum composition of the aqueous reaction mixture, expressed in molar ratio, is as follows. SiO 2 /Al 2 O 3 30−115 Na 2 O/SiO 2 0.05−0.3 (Na 2 O+M 2/o O)/SiO 2 0.05−0.3 H 2 O/(Na 2 O+M 2/o O) 200−700 X - /SiO 2 0.1−10 In the above explanation, M is a metal cation selected from groups and groups of the Periodic Table of the Elements, in particular lithium, barium, calcium and strontium, and n is the metal cation. It is the valence of the ion. M 2/o O and Na 2 O actually used here
are free M 2/o O and Na 2 O, generally in the form of very weak acid salts such as aluminates, silicates, which are effective in hydroxide and zeolite synthesis. Moreover, the above-mentioned free Na 2 O can be adjusted by adding aluminum sulfate, sulfuric acid, nitric acid, etc. In preparing the aqueous reaction mixture, the source of the oxidic reactant of the composition used is one commonly used in the production of synthetic zeolites. For example, silica sources include sodium silicate, silica gel, silicic acid,
These include aqueous colloidal silica gel, dissolved silica, powdered silica, and amorphous silica. As the alumina source, activated alumina, γ-alumina, alumina trihydrate, sodium aluminate, and various aluminum salts such as aluminum chlorides, nitrates, and sulfates can be used. The metal oxide represented by M 2/o O is added to the reaction mixture in the form of a water-soluble salt or in the form of a hydroxide. Na 2 O as a source of sodium cations is added in the form of sodium hydroxide, sodium aluminate or sodium silicate, and Li 2 O as a source of lithium cations can be added as hydroxides, halides, sulfates and chlorates. It is added in the form of An aqueous reaction mixture is prepared by mixing the silica source, alumina source, alkaline source and water. Particularly suitable silica sources are sodium silicate, water glass, colloidal silica, etc., and alumina sources are sodium aluminate, aluminum sulfate, etc. The water content of the aqueous reaction mixture is important, and setting the water content within the above range also facilitates mixing and stirring of the gel of the reaction reagents. By adding a mineralizing agent to the aqueous reaction mixture during crystallization, the crystallinity of the crystallized product can be further improved, and the formation of amorphous aluminosilicate can be suppressed. NaCl as a mineralizer,
Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 , Na 2 SeO 4 , KCl, KBr,
Neutral salts of alkali metals or alkaline earth metals such as KF, BaCl 2 or BaBr 2 can be used. A preferred mineralizing agent is NaCl. The produced crystalline aluminosilicate is separated from the solution by filtration, then washed with water and dried. The modified TSZ used in the present invention can be obtained by replacing at least a portion of the cations in the TSZ obtained above by heat treatment and/or ion exchange. Cation exchange can be carried out by contacting the crystallized product with the desired exchange cation or salt of cations. In this case, neutral salts of desired cationic metals can be used, and chlorides, nitrates, sulfates, acetates, etc. are particularly preferred. In the present invention, preferred substituent ions of ion-exchange modified TSZ for α producing hydrocarbons from lower alcohols or ethers thereof are at least one metal selected from Group A and Group B metals of the Periodic Table of the Elements.
Seeds are preferred, especially magnesium, calcium,
Strontium, barium and lanthanum are preferred. Ion exchange is a hydrogen ion exchange type obtained by acid treatment or substitution with NH 4 + and heat treatment.
It can also be obtained by cation exchange of TSZ. This ion-exchanged modified TSZ is SiO 2 /Al 2 O 3
In the molar ratio range of 25-80, TSZ before modification
There is virtually no change in the crystal structure. The raw materials applied to the hydrocarbon production method according to the present invention are alcohols having 4 or less carbon atoms and their ethers. i.e. methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-
Butanol, s-butanol, t-butanol,
Alternatively, mixtures of these can be used. Similarly,
Dimethyl ether and the like derived from these alcohols also serve as raw materials. Particularly preferred raw materials are methanol, dimethyl ether and mixtures thereof. In the present invention, the method of reacting methanol with a modified TSZ catalyst is carried out by continuously supplying methanol to the reaction system and bringing it into contact with modified TSZ in the gas phase using a fluidized bed or a fixed bed. It is preferable to supply methanol to the reaction system after gasifying it in advance using an evaporator, preheating, etc. Gases that are inert to the reaction, such as nitrogen, steam, or argon, may also be supplied to the reaction system together with the raw materials as a carrier gas or diluent gas. can. The catalytic reaction is carried out at a reaction pressure of 0.1-50 atm, preferably 0.-20 atm, at 275-550°C, preferably at 300-550°C.
Under reaction temperature conditions of 500°C and methanol weight hourly space velocity of 0.1-10 W/H/W, preferably 1-5
This is done by keeping it within the range of . The above-mentioned reaction pressure is not a factor having a particularly significant influence on the reaction result, and is appropriately selected from the viewpoint of economic efficiency. If the reaction temperature is too low or the weight hourly space velocity is too high, the conversion rate of methanol to hydrocarbons will be low, and if the reaction temperature is too low, productivity will decrease. Furthermore, if the reaction temperature is too high, by-products such as methane will increase, leading to a decrease in the yield of lower olefins. In the present invention, almost no by-products of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide are observed, and the reaction products are mainly hydrocarbons consisting of olefins having 2 to 6 carbon atoms, small amounts of paraffins, and aromatics, and water. Each fraction of hydrocarbons can be easily separated and obtained by known methods. EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited thereto. Example 1 Production of TSZ 2.5g of aluminum sulfate was dissolved in 70g of pure water, and 5.4g of concentrated sulfuric acid (95wt.%) was added thereto.
An aluminum sulfate solution (liquid A) was prepared. next
25g of pure water and 63g of water glass (Na 2 O; 9.5wt.%,
A mixed solution (liquid B) with SiO 2 (28.6 wt.%) was prepared. Solution A and solution B were simultaneously added to a sodium sulfate aqueous solution in which 6 g of sodium sulfate was dissolved in 100 g of pure water with stirring, and the result was 8.8Na 2 O・Al 2 O 3・80SiO 2 expressed as an oxide leakage ratio. An aqueous reaction mixture with the composition 3458H 2 O was obtained. In this case, the concentration of sodium sulfate, which is the mineralizing agent, is 0.28 relative to SiO 2
It was mole. The aqueous reaction mixture was poured into a SUS autoclave and heated to 170°C under autogenous pressure.
It was kept at ℃ for 20 hours to crystallize and obtain a solid product (TSZ). The obtained solid product was separated, washed with water, and then dried at 110°C. A sample of this solid product was subjected to chemical analysis and revealed that Na 2 O;
2.15wt.%, Al 2 O 3 ; 3.16wt.%, SiO 2 ; 88.8wt.%,
A chemical composition of H 2 O; 5.9 wt.% was obtained. When this was expressed as the molar ratio of oxides, it was as follows. 1.12Na2O.Al2O3.47.8SiO2.10.6H2O When this product was subjected to X-ray analysis, the results shown in Table 3 were obtained. This X-ray analysis was carried out by the conventional method of powder X-ray diffraction. The irradiation radiation is a copper K-α doublet, and the X-ray tube voltage and tube current are respectively
The voltage was 40KV and 70mA. A scintillation counter equipped with a goniometer and a strip chart pen recorder was used to measure the diffraction angle 2Θ and the intensity of the diffraction lines. At this time, the scanning speed is 2Θ
The rotation rate was 2°/min, and the rate meter time constant was 1 second. Table 3 Lattice spacing d (Å) Relative intensity I/I 0 (%) 11.17 51 10.07 47 9.96 9.75 21 9.01 2 7.44 4 7.09 2 6.72 6 6.37 9 6.01 13 5.71 10 5.58 11 5.38 3 5.15 2 5.04 6 4.99 7 4.62 5 4.37 10 4.27 11 4.09 4 4.02 6 3.86 100 3.82 68 3.76 45 3.73 46 3.65 29 3.60 5 3.49 7 3.45 10 3.36 4 3.31 11 3.26 5 3 .05 14 3.00 13 2.97 14 2.94 6 Production of hydrogen type TSZ 20g of TSZ catalyst at 90℃
Contact with 1N ammonium chloride aqueous solution of 100c.c. for 4 times for ion exchange, and further 500c.c.
After washing with ml of pure water, it was dried at 120°C for a day and night, and then calcined in air at 500°C for 3 hours to obtain hydrogen type zeolite (H-TSZ). Example 2 Production of Mg-modified zeolite 2 g of TSZ obtained in Example 1 was added to 30 ml of 1N Mg
(NO 3 ) 90 ion exchange by immersing in 2・6H 2 O aqueous solution.
℃ for 24 hours. After over-cleaning, it was dried at 120℃ for a day and night, and then baked in the air for 3 hours to produce Mg-modified TSZ.
(Mg/Na-TSZ) was obtained. This Mg/Na-TSZ
contained 0.50 wt.% magnesium. Example 3 Production of Mg-modified zeolite 2 g of hydrogen type zeolite obtained in Example 1 was added to 30 ml of
Ion exchange was performed at 90°C for 24 hours by immersing it in a 1N Mg(NO 3 ) 2 ·6H 2 O aqueous solution. After over-cleaning, 120
Mg
Modified TSZ (Mg/H-TSZ) was obtained. This Mg/H
-TSZ contained 0.56 wt.% magnesium. Example 4 Production of Mg-modified zeolite In the same manner as in Example 3, except that Mg(CH 3 COO) 2 ·4H 2 O was used instead of Mg(NO 3 ) 2 ·6H 2 O. Mg-modified TSZ (Mg/H-TSZ)
was manufactured. This Mg/H-TSZ contained 0.85 wt.% magnesium. Example 5 Production of Ba -modified zeolite Ba- modified TSZ (Ba /H-TSZ) was produced.
This Ba/H-TSZ contained 3.2 wt.% barium. Example 6 Production of La-modified zeolite La - modified TSZ ( La / H-TSZ) was produced. This La/H-TSZ contained 0.3 wt.% lanthanum. Example 7 Production of Ca-modified zeolite Ca - modified TSZ ( Ca/H-TSZ) was produced. This Ca/H-TSZ contained 0.85 wt.% calcium. Example 8 Production of Sr-modified zeolite Same procedure as in Example 3 except that Sr(CH 3 COO) 2 ·1/2H 2 O was used instead of Mg(NO 3 ) 2 ·6H 2 O. Method of Sr-modified TSZ (Sr/H-TSZ)
was manufactured. This Sr/H-TSZ contained 1.58 wt.% strontium. Examples 9 to 15 0.35 g (approximately 1.0 cc) of the modified TSZ zeolite produced in Examples 2 to 8 was packed into a glass reactor, and the catalyst bed was heated at 500°C for 2 hours in a nitrogen stream.
The mixture was maintained for a certain period of time, and then the temperature was lowered to the reaction temperature under a nitrogen stream. The temperature of the reactor was maintained at the reaction temperature. Next, nitrogen was introduced as a carrier gas into a saturator in which the partial pressure of methanol was maintained at 0.163 atm, and methanol was passed through the catalyst bed at a weight hourly space velocity of 2.3 W/H/W. The decomposition products 0.3 to 0.5 hours after the start of the reaction were analyzed by gas chromatography, and the results shown in Table 4 were obtained. Comparative Examples 1 to 4 Example 9 using H-TSZ manufactured in Example 1
Hydrocarbons were produced from methanol in a similar manner. The results are shown in Table 4. [Table] [Table] Examples 16-17, Comparative Examples 3-4 Mg/H-TSZ obtained in Examples 4, 6 and 1,
Using La/H-TSZ, H-TSZ, and ZSM-34 manufactured by JP-A-55-58499, the reaction temperature was 300°C, and the methanol weight space velocity was 2.4W/H/
A methanol conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that W was used. The decomposition products were analyzed 0.4 hours and 8 hours after the start of the reaction, and the results are shown in Table 5. Table 5 proves that the modified TSZ zeolite is a catalyst with little deterioration over time. 【table】
Claims (1)
あり、nはその金属陽イオンの原子価であり、Z
は0−40である。) の化学組成を有し、かつ少くとも下記に表わした
格子面間隔を示す粉末X線回折図形を有する単斜
晶系に属する結晶性アルミノ珪酸塩を第A又は
第B族金属化合物によりイオン交換を行ない上
記組成式中のMの少なくとも一部を置換した変性
ゼオライト。 格子面間隔d(Å) 相対強度 11.2±0.2 S. 10.1±0.2 S. 7.5±0.15 W. 6.03±0.1 M. 3.86±0.05 V.S. 3.82±0.05 S. 3.76±0.05 S. 3.72±0.05 S. 3.64±0.05 S. 2 低級アルコール又はそのエーテルをゼオライ
ト触媒と接触させることによる炭化水素の製造に
おいて、前記ゼオライトが酸化物のモル比で表示
して 0.8−1.5M2/oO・Al2O3・10 −100SiO2・ZH2O (ここで、Mは少くとも一種の金属陽イオンであ
り、nはその金属陽イオンの原子価であり、Zは
0−40である。) の化学組成を有し、かつ少くとも下記に表わす格
子面間隔を示す粉末X線回折図形を有する単斜晶
系に属する結晶性アルミノ珪酸塩を第A又は第
B族金属化合物によりイオン交換を行ない上記
組成式中のMの少なくとも一部を置換した変性ゼ
オライトを用いることを特徴とする炭化水素の製
造方法。 格子面間隔d(Å) 相対強度 11.2±0.2 S. 10.1±0.2 S. 7.5±0.15 W. 6.03±0.1 M. 3.86±0.05 V.S. 3.82±0.05 S. 3.76±0.05 S. 3.72±0.05 S. 3.64±0.05 S. [Claims] 1 0.8-1.5M 2/o O・Al 2 O 3・10 −100SiO 2・ZH 2 O expressed in molar ratio of oxides (where M is at least one metal cation , n is the valence of the metal cation, and Z
is 0-40. ) A crystalline aluminosilicate belonging to the monoclinic system having a chemical composition of A modified zeolite in which at least a part of M in the above compositional formula is replaced. Lattice spacing d (Å) Relative intensity 11.2±0.2 S. 10.1±0.2 S. 7.5±0.15 W. 6.03±0.1 M. 3.86±0.05 VS 3.82±0.05 S. 3.76±0.05 S. 3.72±0.05 S. 3.64± 0.05 S. 2 In the production of hydrocarbons by contacting a lower alcohol or its ether with a zeolite catalyst, the zeolite has an oxide molar ratio of 0.8-1.5M 2/o O.Al 2 O 3.10 -100SiO 2 ZH 2 O (where M is at least one metal cation, n is the valence of the metal cation, and Z is 0-40). , and having a powder X-ray diffraction pattern showing at least the lattice spacing shown below, a crystalline aluminosilicate belonging to the monoclinic system is ion-exchanged with a Group A or Group B metal compound to obtain M in the above compositional formula. A method for producing hydrocarbons, the method comprising using a modified zeolite in which at least a portion of the zeolite has been substituted. Lattice spacing d (Å) Relative intensity 11.2±0.2 S. 10.1±0.2 S. 7.5±0.15 W. 6.03±0.1 M. 3.86±0.05 VS 3.82±0.05 S. 3.76±0.05 S. 3.72±0.05 S. 3.64± 0.05 S.
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| JP57082388A JPS58199714A (en) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | Modified zeolite and manufacture of hydrocarbon using it |
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| CN115845908B (en) * | 2021-09-24 | 2025-07-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Method for producing benzene, toluene and p-xylene by coupling conversion of naphtha and carbon dioxide |
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